BR112017012364B1 - Sistema para pré-tratamento em escala industrial de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia e método compreendendo utilizar o sistema - Google Patents

Sistema para pré-tratamento em escala industrial de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia e método compreendendo utilizar o sistema Download PDF

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Abstract

PRÉ-TRATAMENTO RÁPIDO. São revelados nesse relatório descritivo métodos, sistemas e composições para o pré-tratamento de biomassa dentro de segundos com baixa formação de inibidor. O processo de pré-tratamento é usado para converter biomassa em um combustível ou outras substâncias químicas úteis por submissão da matéria-prima a um tempo de retenção rápido sob pressão e temperatura e/ou reagente químico. O sistema inclui um aparelho de descarga de válvula de operação contínua para descarga de matéria-prima pré-tratada mantendo, ao mesmo tempo, pressão uniforme no sistema de pré- tratamento.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA
[001] Esse pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. Provisório N° 62/089.704, depositado em 9 de dezembro de 2015, cujo pedido é incorporado nesse relatório descritivo por referência em sua totalidade.
FUNDAMENTOS
[002] Na produção de produtos finais do pré-tratamento de biomassa, é útil realizar as reações de hidrólise do pré- tratamento o mais rapidamente e eficientemente possível. Um problema importante com a hidrólise de polímeros de carboidrato e separação de lignina pode ser o potencial para produzir vários subprodutos que inibem o ataque enzimático posterior na celulose ou a fermentação dos açúcares resultantes. O risco de formação de inibidor e perda de carboidratos desejáveis pode aumentar à medida que o período de pré-tratamento se prolonga. Além disso, as necessidades de energia de um tempo de pré-tratamento mais longo podem aumentar o custo do processo.
[003] Inibidores aumentados também podem elevar os custos em função de tempos prolongados de hidrólise enzimática e de fermentação, e podem afetar os rendimentos de produtos de fermentação finais. No entanto, períodos diminuídos de hidrólise do pré-tratamento podem significar separação incompleta de carboidratos de ligninas e materiais proteináceos. Além disso, a hidrólise incompleta resultante de celulose cristalina pode reduzir o carboidrato disponível para a hidrólise enzimática e fermentação posterior em produtos finais desejáveis. Esses rendimentos de carboidrato e produtos de fermentação subsequentes diminuídos podem tornar todo o processo de utilização de biomassa mais caro.
[004] Métodos e sistemas para pré-tratamento tipicamente envolviam o tratamento da biomassa sob pressão e calor, com ou sem ácido ou álcali, ao longo de períodos longos que podem ser de uma hora ou mais. Dessa forma, um procedimento mais rápido que possa processar biomassa eficientemente é necessário para reduzir os custos não apenas do processo de pré-tratamento, mas também dos as hidrólise enzimática e fermentação subsequente.
SUMÁRIO
[005] Em um primeiro aspecto, são revelados nesse relatório descritivo métodos em escala industrial para o tratamento de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia, os métodos compreendendo: (a) alimentação da biomassa em uma taxa de pelo menos uma tonelada métrica seca (MT) de biomassa por dia em um sistema de extrusão que compreende um barril que define uma câmara interna que compreende uma zona alimentadora e uma zona de reação; e (b) tratamento da biomassa em uma temperatura e pressão elevadas dentro da zona de reação por menos do que cerca de 20 segundos para produzir uma composição de biomassa pré-tratada que compreende uma fração líquida que compreende monossacarídeos e partículas sólidas que compreendem celulose.
[006] Em algumas modalidades, o sistema de extrusão compreende ainda um ou mais parafusos giratórios configurados para mover a biomassa através do sistema de extrusão pela zona alimentadora e através da zona de reação. Em algumas modalidades, os (um ou mais) parafusos giratórios compreendem uma ou mais seções que são configuradas para formar um ou mais plugues pela biomassa para separar a câmara interna em duas ou mais zonas, incluindo a zona alimentadora e a zona de reação. Algumas modalidades compreendem um, dois ou três parafusos giratórios. Algumas modalidades compreendem dois parafusos giratórios.
[007] Em algumas modalidades, a taxa de alimentação de biomassa é de pelo menos cerca de 2 MT seca/dia, 3 MT seca/dia, 4 MT seca/dia, 5 MT seca/dia, 7,5 MT seca/dia, 10 MT seca/dia, 15 MT seca/dia, 20 MT seca/dia, 25 MT seca/dia, 50 MT seca/dia, 75 MT seca/dia, 100 MT seca/dia, 150 MT seca/dia ou 200 MT seca/dia.
[008] Algumas modalidades compreendem ainda a adição de um líquido à biomassa antes da zona de reação. Em algumas modalidades, o líquido é água. Em algumas modalidades, o líquido é adicionado na zona alimentadora por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril. Em algumas modalidades, o líquido é adicionado para aumentar o teor de umidade da biomassa até cerca de: 10-90%, 15-85%, 20-80%, 30-70% ou cerca de 40-60% p/v.
[009] Em algumas modalidades, a biomassa é tratada por menos do que 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos na zona de reação. Em algumas modalidades, a biomassa é tratada por cerca de 5 a 15 segundos na zona de reação.
[0010] Em algumas modalidades, a temperatura elevada é cerca de: 50-500°C, 75-400°C, 100-350°C, 150-300°C ou 200250°C. Em algumas modalidades, a temperatura elevada é cerca de 150-300°C.
[0011] Em algumas modalidades, a pressão elevada é cerca de: 344,73-6.894,75 kPa, 689,47-5.171,06 kPa, 1.378,954.136,85 kPa, 2.068,42-3.447,37 kPa ou 2.413,16-3.102,64 kPa. Em algumas modalidades, a pressão elevada é cerca de 2.068,42-3.447,37 kPa.
[0012] Algumas modalidades compreendem ainda a injeção de vapor na biomassa para aumentar a temperatura e a pressão. Em algumas modalidades, o vapor é injetado na zona de reação. Em algumas modalidades, o vapor é injetado por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril.
[0013] Algumas modalidades compreendem ainda a adição de um agente químico à biomassa na zona de reação. Em algumas modalidades, o agente químico compreende um ácido, uma base, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico, ácido peroxiacético, ácido lático, ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido cloroacético, ácido dicloroacético, ácido tricloroacético, ácido trifluoracético, ácido oxálico, ácido benzóico, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico. Em algumas modalidades, o agente químico é adicionado até um nível de cerca de: 0,1-20% p/v, 1-15% p/v, 1,5-10% p/v, 110% p/v, 1-5% p/v ou 2-4% p/v. Em algumas modalidades, o agente químico é adicionado até um nível de cerca de 2-4% p/v.
[0014] Em algumas modalidades, a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% ou 99%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa. Em algumas modalidades, a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 70%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[0015] Em algumas modalidades, a fração líquida compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% ou 5%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa. Em algumas modalidades, a fração líquida compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 35%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[0016] Em algumas modalidades, as partículas sólidas possuem uma faixa de tamanho de cerca de: 1-500 μm, 1-250 μm, 1-200 μm ou 1-150 μm. Em algumas modalidades, as partículas sólidas possuem um tamanho médio de cerca de 1525 μm.
[0017] Em algumas modalidades, o método produz níveis baixos de um ou mais compostos inibidores. Em algumas modalidades, os (um ou mais) compostos inibidores compreendem ácido fórmico, ácido acético, hidroximetil furfural (HMF), furfural, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, menos do que 30, 25, 20, 15, 10 ou 5 kg de ácido fórmico são produzidos por MT de biomassa seca. Em algumas modalidades, menos do que 100, 80, 60, 50, 40, 30, 25, 20, 15, 10 ou 5 kg de ácido acético são produzidos por MT de biomassa seca. Em algumas modalidades, menos do que 20, 15, 10, 7,5, 5, 4, 3, 2 ou 1 kg de hidroximetil furfural (HMF) são produzidos por MT de biomassa seca. Em algumas modalidades, menos do que 20, 15, 10, 7,5, 5, 4, 3, 2 ou 1 kg de furfural são produzidos por MT de biomassa seca.
[0018] Em algumas modalidades, a biomassa compreende algas, milho, grama, palha, cascas de grãos, madeira, casca de árvores, serragem, papel, álamos, salgueiros, capim- elefante, alfafa, capim-andropogon da pradaria, palmeiras de açúcar, palmeira Nypa, mandioca, milo, sorgo, batatas-doces, melaços, tubérculos, raízes, caules, sagu, mandioca, tapioca, ervilhas de arroz, feijão, batatas, beterrabas, frutas, caroços, sorgo, cana de açúcar, arroz, trigo, grãos inteiros, centeio, cevada, bambu, sementes, aveia, ou uma combinação destes, ou um derivado ou subproduto destes. Em algumas modalidades, o derivado ou subproduto deste compreende forragem de milho, espigas de milho, purê de milho, fibra de milho, silagem, bagaço, grãos de destilaria, solúveis secos de destilaria, grãos secos de destilaria, solúveis condensados de destilaria, grãos úmidos de destilaria, grãos secos de destilaria com solúveis, fibra, cascas de frutas, palha de arroz, cascas de arroz, palha de trigo, palha de cevada, cascas de sementes, cascas de aveia, restos de alimentos, resíduos de águas servidas domiciliares, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, a biomassa compreende uma biomassa lenhosa.
[0019] Algumas modalidades compreendem ainda a hidrólise das partículas sólidas que compreendem celulose com uma ou mais enzimas para produzir monossacarídeos.
[0020] Também são fornecidas nesse relatório descritivo composições de biomassa pré-tratada produzidas por qualquer um dos métodos revelados nesse relatório descritivo.
[0021] Também são fornecidos compostos de açúcar que compreendem monossacarídeos C6 produzidos pela hidrólise enzimática das partículas sólidas produzidas por qualquer um dos métodos revelados nesse relatório descritivo.
[0022] Em um segundo aspecto, são revelados nesse relatório descritivo sistemas para pré-tratamento em escala industrial de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia, os sistemas compreendendo: (a) um barril que define uma câmara interna e que compreende um acesso de entrada perto da primeira extremidade do barril e um flange de fixação terminal em uma segunda extremidade do barril; (b) um ou mais parafusos giratórios configurados para mover a biomassa através da câmara interna do barril e que contém uma ou mais seções configuradas para formar um ou mais plugues pela biomassa para separar a câmara interna do barril em duas ou mais zonas, incluindo uma zona alimentadora e uma zona de reação; e (c) uma válvula de descarga atuada por pressão conectada ao flange de fixação terminal e configurada para abrir e fechar em resposta à pressão dentro do barril permitindo, dessa forma, a produção contínua de uma composição de biomassa pré-tratada que compreende uma fração líquida que compreende monossacarídeos e partículas sólidas que compreendem celulose.
[0023] Algumas modalidades compreendem um, dois ou três parafusos giratórios. Algumas modalidades compreendem dois parafusos giratórios.
[0024] Algumas modalidades compreendem ainda um motor configurado para girar os (um ou mais) parafusos giratórios. Em algumas modalidades, o motor está configurado para girar os (um ou mais) parafusos giratórios a cerca de: 100, 250, 400, 500, 750, 1.000, 1.100, 1.250, 1.500 ou 2.000 rpm.
[0025] Em algumas modalidades, o sistema é capaz de processamento de biomassa em uma taxa de pelo menos cerca de 2 MT seca/dia, 3 MT seca/dia, 4 MT seca/dia, 5 MT seca/dia, 7,5 MT seca/dia, 10 MT seca/dia, 15 MT seca/dia, 20 MT seca/dia, 25 MT seca/dia, 50 MT seca/dia, 75 MT seca/dia, 100 MT seca/dia, 150 MT seca/dia ou 200 MT seca/dia.
[0026] Em algumas modalidades, o sistema compreende ainda uma canaleta conectada ao acesso de entrada para alimentação da biomassa na zona alimentadora. Em algumas modalidades, a canaleta compreende ainda um alimentador configurado para mover a biomassa da canaleta através do acesso de entrada. Em algumas modalidades, o alimentador é uma verruma de liberação configurada para distribuir a biomassa igualmente na zona alimentadora. Em algumas modalidades, a canaleta compreende um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar um líquido à biomassa na canaleta.
[0027] Em algumas modalidades, o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar líquido à biomassa na zona alimentadora.
[0028] Em algumas modalidades, os parafusos giratórios são capazes de transportar biomassa através da zona de reação em menos do que cerca de: 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos. Em algumas modalidades, os parafusos giratórios são capazes de transportar biomassa através da zona de reação em cerca de 5 a 15 segundos.
[0029] Em algumas modalidades, o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar vapor à zona de reação. Em algumas modalidades, o barril compreende ainda uma jaqueta de aquecimento.
[0030] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para manter uma temperatura elevada na zona de reação. Em algumas modalidades, a temperatura elevada é fornecida por vapor, uma jaqueta de aquecimento, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, a temperatura elevada é cerca de: 50-500°C, 75-400°C, 100-350°C, 150-300°C ou 200-250°C.
[0031] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para manter uma pressão elevada na zona de reação. Em algumas modalidades, a pressão elevada é mantida por adição de vapor, líquido, biomassa, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, a pressão elevada é cerca de: 344,73-6.894,75 kPa, 689,47-5.171,06 kPa, 1.378,95-4.136,85 kPa, 2.068,423.447,37 kPa ou 2.413,16-3.102,64 kPa.
[0032] Em algumas modalidades, o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar um ou mais agentes químicos à zona de reação. Em algumas modalidades, o agente químico compreende um ácido, uma base, ou uma combinação destes.
[0033] Em algumas modalidades, a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina. Em algumas modalidades, a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento.
[0034] Em algumas modalidades, a válvula de descarga atuada por pressão está conectada a um atuador. Em algumas modalidades, o atuador é um atuador pneumático, um atuador hidráulico, um atuador eletromecânico, ou uma combinação destes.
[0035] Em algumas modalidades, o atuador está acoplado operacionalmente a uma unidade de controle de pressão retrógrada. Em algumas modalidades, a unidade de controle de pressão retrógrada está acoplada operacionalmente a um ou mais medidores de pressão. Em algumas modalidades, os (um ou mais) medidores de pressão monitoram a pressão no barril por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril. Em algumas modalidades, pelo menos um dos (um ou mais) medidores de pressão está configurado para monitorar a pressão dentro da zona de reação.
[0036] Em algumas modalidades, o barril compreende ainda um ou mais acessos que compreendem um medidor de temperatura, um medidor de pressão, ou uma combinação destes.
[0037] Em algumas modalidades, o sistema compreende ainda um tanque flash. Em algumas modalidades, o tanque flash coleta a composição de biomassa pré-tratada à medida que ela sai da válvula de descarga atuada por pressão.
[0038] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 70%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[0039] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 35%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[0040] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em uma faixa de tamanho de cerca de: 1-500 μm, 1-250 μm, 1-200 μm ou 1-150 μm.
[0041] Em algumas modalidades, o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em um tamanho médio de cerca de 15-25 μm.
[0042] Em algumas modalidades, a biomassa compreende uma biomassa lenhosa.
INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA
[0043] Todas as publicações, patente, e pedidos de patentes mencionados nesse relatório descritivo são aqui incorporados por referência no mesmo grau como se cada publicação, patente ou pedido de patente individual fosse especificamente e individualmente indicado para ser incorporado por referência. Na medida em que um termo incorporado por referência conflite com um termo definido nesse relatório descritivo, esse pedido prevalecerá.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0044] As características inéditas da invenção são apresentadas com particularidade nas reivindicações em anexo. Uma melhor compreensão das características e vantagens da presente invenção será obtida por referência à descrição detalhada seguinte, que apresenta modalidades ilustrativas, nas quais os princípios da invenção são utilizados, e nos desenhos que a acompanham, dos quais:
[0045] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um aparelho para uso na presente invenção.
[0046] A FIG. 2 é uma visão de corte fragmentar horizontal de uma modalidade de um aparelho para uso na invenção que ilustra o barril, parafusos, e válvula terminal anexada a uma extrusora de rosca dupla da invenção.
[0047] A FIG. 3 é uma visão de corte transversal similar àquela da FIG. 2 que revela a extrusora com as roscas duplas.
[0048] A FIG. 4 é uma visão de corte transversal da chapa de topo da extrusora que toca a extremidade da válvula de descarga.
[0049] A FIG. 5 é uma visão esquemática de corte transversal da chapa de topo da extrusora e a abertura da placa de válvula que toca a extremidade da extrusora.
[0050] A FIG. 6 é uma visão de corte transversal da extremidade da placa de válvula de descarga que toca a extremidade da extrusora que mostra a cobertura de vedação.
[0051] A FIG. 7 é uma visão de corte fragmentar horizontal da transição da descarga das roscas duplas até o orifício de saída.
[0052] A FIG. 8 é uma visão de corte horizontal da caixa para uma montagem de válvula.
[0053] A FIG. 9 é um desenho esquemático da FIG. 9 que mostra como a montagem de válvula se ajusta na caixa.
[0054] A FIG. 10 é uma visão de corte horizontal da montagem de válvula na caixa.
[0055] A FIG. 11 é um desenho esquemático de uma modalidade de uma expansão Venturi gradual usada como uma válvula de descarga com a válvula quase toda fechada.
[0056] A FIG. 12 é um desenho esquemático da modalidade de expansão Venturi gradual da FIG. 11, com a válvula quase toda aberta.
[0057] A FIG. 13 é um gráfico que mostra a distribuição de tamanho de partícula de biomassa de serragem de cerejeira após pré-tratamento de acordo com uma modalidade dos métodos revelados nesse relatório descritivo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0058] Como usadas no relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, as formas no singular “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referentes no plural, a menos que o contexto dite claramente de forma diferente. Dessa forma, por exemplo, referência a “um monômero purificado” inclui misturas de dois ou mais monômeros purificados. O termo “que compreende”, como usado nesse relatório descritivo, é sinônimo com “que inclui”, “que contém” ou “caracterizado por”, e é inclusivo ou em aberto e não exclui elementos ou etapas do método adicionais, não citados.
[0059] Todos os números que expressam quantidades de ingredientes, condições de reação, e assim por diante usados no relatório descritivo devem ser subentendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Consequentemente, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos apresentados nesse relatório descritivo são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que visam ser obtidas. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a doutrina de equivalentes ao escopo de quaisquer reivindicações a aplicação que reivindica prioridade para o presente pedido, cada parâmetro numérico deve ser considerado à luz do número de dígitos significantes e abordagens comuns de arredondamento.
[0060] Sempre que as frases “por exemplo”, “tal como”, “incluindo” e semelhantes são usadas nesse relatório descritivo, uma frase “e sem limitação” está subentendida a seguir, a menos que explicitamente estabelecido de forma diferentes. Portanto, “por exemplo, produção de etanol” significa “por exemplo e, sem limitação, produção de etanol”.
[0061] Nesse pedido e nas reivindicações seguintes, será feita referência a diversos termos que devem ser definidos para terem os significados seguintes. A menos que caracterizados de forma diferente, os termos técnicos e científicos usados nesse relatório descritivo possuem os mesmos significados comumente compreendidos por aqueles versados na técnica. Definições
[0062] A menos que caracterizados de forma diferente, termos técnicos e científicos usados nesse relatório descritivo possuem os mesmos significados comumente compreendidos por aqueles versados na técnica.
[0063] O termo “opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui casos nos quais o referido evento ou circunstância ocorre e casos nos quais ele não ocorre. Por exemplo, a frase “o meio pode opcionalmente conter glicose” significa que o meio pode ou não conter glicose como um ingrediente e que a descrição inclui tantos meios que contêm glicose quanto meios que não contêm glicose.
[0064] O termo “cerca de” significa uma indicação numérica citada mais ou menos 10% da indicação numérica citada. Por exemplo, o termo “cerca de 4” incluiria uma faixa de 3,6 a 4,4.
[0065] A fermentação é um processo químico anaeróbico pelo qual moléculas como, por exemplo, glicose e xilose, são quebradas para liberar energia e produtos de fermentação finais são sintetizados. Processos de fermentação industriais começam com microorganismos adequados, por exemplo, leveduras e bactérias, e condições especificadas, por exemplo, ajuste cuidadoso da concentração de nutrientes. Os produtos são de muitos tipos: álcoois, glicerol e dióxido de carbono, a partir da fermentação por levedura de vários açúcares; álcool butílico, acetona, ácido lático, glutamato monossódico e ácido acético por várias bactérias; e ácido cítrico, ácido glucônico, e pequenas quantidades de antibióticos, vitamina B12 e riboflavina (vitamina B2) a partir de fermentação por bolor. Álcool etílico e/ou butanol são produzidos por meio da fermentação de amido ou açúcar e são fontes importantes de biocombustível líquido.
[0066] Os termos “produto final fermentativo” e “produto final de fermentação” são usados de forma intercambiável nesse relatório descritivo para incluir biocombustíveis, substâncias químicas, compostos adequados como combustíveis líquidos, combustíveis gasosos, triacilgliceróis (TAGs), reagentes, matérias-primas químicas, aditivos químicos, auxiliares de processamento, aditivos alimentícios, bioplásticos e precursores para bioplásticos, e outros produtos. Exemplos de produtos fermentativos finais incluem, sem limitação, 1,4-diácidos (succínico, fumárico e málico), ácido 2,5-furan-dicarboxílico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido aspártico, ácido glucárico, ácido glutâmico, ácido itacônico, ácido levulínico, 3-hidroxibutirolactona, glicerol, sorbitol, xilitol/arabinitol, butanodiol, butanol, metano, metanol, etano, eteno, etanol, n-propano, 1-propeno, 1-propanol, propanal, acetona, propionato, n-butano, 1- buteno, 1-butanol, butanal, butanoato, isobutanal, isobutanol, 2-metilbutanal, 2-metilbutanol, 3-metilbutanal, 3-metilbutanol, 2-buteno, 2-butanol, 2-butanona, 2,3- butanodiol, 3-hidróxi-2-butanona, 2,3-butanodiona, etilbenzeno, etenilbenzeno, 2-feniletanol, fenilacetaldeído, 1-fenilbutano, 4-fenil-1-buteno, 4-fenil- 2-buteno, 1-fenil-2-buteno, 1-fenil-2-butanol, 4-fenil-2- butanol, 1-fenil-2-butanona, 4-fenil-2-butanona, 1-fenil- 2,3-butanodiol, 1-fenil-3-hidróxi-2-butanona, 4-fenil-3- hidróxi-2-butanona, 1-fenil-2,3-butanodiona, n-pentano, etilfenol, etenilfenol, 2-(4-hidroxifenil)etanol, 4- hidroxifenilacetaldeído, 1-(4-hidroxifenil)butano, 4-(4- hidroxifenil)-1-buteno, 4-(4-hidroxifenil)-2-buteno, 1-(4- hidroxifenil)-1-buteno, 1-(4-hidroxifenil)-2-butanol, 4-(4- hidroxifenil)-2-butanol, 1-(4-hidroxifenil)-2-butanona, 4- (4-hidroxifenil)-2-butanona, 1-(4-hidroxifenil)-2,3- butanodiol, 1-(4-hidroxifenil)-3-hidróxi-2-butanona, 4-(4- hidroxifenil)-3-hidróxi-2-butanona, 1-(4-hidroxifenil)-2,3- butanonadiona, indoliletano, indolileteno, 2-(indol-3- )etanol, n-pentano, 1-penteno, 1-pentanol, pentanal, pentanoato, 2-penteno, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-pentanona, 3-pentanona, 4-metilpentanal, 4-metilpentanol, 2,3- pentanodiol, 2-hidróxi-3-pentanona, 3-hidróxi-2-pentanona, 2,3-pentanodiona, 2-metilpentano, 4-metil-1-penteno, 4- metil-2-penteno, 4-metil-3-penteno, 4-metil-2-pentanol, 2- metil-3-pentanol, 4-metil-2-pentanona, 2-metil-3-pentanona, 4-metil-2,3-pentanodiol, 4-metil-2-hidróxi-3-pentanona, 4- metil-3-hidróxi-2-pentanona, 4-metil-2,3-pentanodiona, 1- fenilpentano, 1-fenil-1-penteno, 1-fenil-2-penteno, 1- fenil-3-penteno, 1-fenil-2-pentanol, 1-fenil-3-pentanol, 1- fenil-2-pentanona, 1-fenil-3-pentanona, 1-fenil-2,3- pentanodiol, 1-fenil-2-hidróxi-3-pentanona, 1-fenil-3- hidróxi-2-pentanona, 1-fenil-2,3-pentanodiona, 4-metil-1- fenilpentano, 4-metil-1-fenil-1-penteno, 4-metil-1-fenil-2- penteno, 4-metil-1-fenil-3-penteno, 4-metil-1-fenil-3- pentanol, 4-metil-1-fenil-2-pentanol, 4-metil-1-fenil-3- pentanona, 4-metil-1-fenil-2-pentanona, 4-metil-1-fenil- 2,3-pentanodiol, 4-metil-1-fenil-2,3-pentanodiona, 4-metil- 1-fenil-3-hidróxi-2-pentanona, 4-metil-1-fenil-2-hidróxi-3- pentanona, 1-(4-hidroxifenil)pentano, 1-(4-hidroxifenil)-1- penteno, 1-(4-hidroxifenil)-2-penteno, 1-(4-hidroxifenil)- 3-penteno, 1-(4-hidroxifenil)-2-pentanol, 1-(4- hidroxifenil)-3-pentanol, 1-(4-hidroxifenil)-2-pentanona, 1-(4-hidroxifenil)-3-pentanona, 1-(4-hidroxifenil)-2,3- pentanodiol, 1-(4-hidroxifenil)-2-hidróxi-3-pentanona, 1- (4-hidroxifenil)-3-hidróxi-2-pentanona, 1-(4-hidroxifenil)- 2,3-pentanodiona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)pentano, 4- metil-1-(4-hidroxifenil)-2-penteno, 4-metil-1-(4- hidroxifenil)-3-penteno, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-1- penteno, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-3-pentanol, 4-metil-1- (4-hidroxifenil)-2-pentanol, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-3- pentanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-2-pentanona, 4-metil- 1-(4-hidroxifenil)-2,3-pentanodiol, 4-metil-1-(4- hidroxifenil)-2,3-pentanodiona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)- 3-hidróxi-2-pentanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-2- hidróxi-3-pentanona, 1-indol-3-pentano, 1-(indol-3)-1- penteno, 1-(indol-3)-2-penteno, 1-(indol-3)-3-penteno, 1- (indol-3)-2-pentanol, 1-(indol-3)-3-pentanol, 1-(indol-3)- 2-pentanona, 1-(indol-3)-3-pentanona, 1-(indol-3)-2,3- pentanodiol, 1-(indol-3)-2-hidróxi-3-pentanona, 1-(indol- 3)-3-hidróxi-2-pentanona, 1-(indol-3)-2,3-pentanodiona, 4- metil-1-(indol-3-)pentano, 4-metil-1-(indol-3)-2-penteno, 4-metil-1-(indol-3)-3-penteno, 4-metil-1-(indol-3)-1- penteno, 4-metil-2-(indol-3)-3-pentanol, 4-metil-1-(indol- 3)-2-pentanol, 4-metil-1-(indol-3)-3-pentanona, 4-metil-1- (indol-3)-2-pentanona, 4-metil-1-(indol-3)-2,3-pentanodiol, 4-metil-1-(indol-3)-2,3-pentanodiona, 4-metil-1-(indol-3)- 3-hidróxi-2-pentanona, 4-metil-1-(indol-3)-2-hidróxi-3- pentanona, n-hexano, 1-hexeno, 1-hexanol, hexanal, hexanoato, 2-hexeno, 3-hexeno, 2-hexanol, 3-hexanol, 2- hexanona, 3-hexanona, 2,3-hexanodiol, 2,3-hexanodiona, 3,4- hexanodiol, 3,4-hexanodiona, 2-hidróxi-3-hexanona, 3- hidróxi-2-hexanona, 3-hidróxi-4-hexanona, 4-hidróxi-3- hexanona, 2-metilhexano, 3-metilhexano, 2-metil-2-hexeno, 2- metil-3-hexeno, 5-metil-1-hexeno, 5-metil-2-hexeno, 4- metil-1-hexeno, 4-metil-2-hexeno, 3-metil-3-hexeno, 3- metil-2-hexeno, 3-metil-1-hexeno, 2-metil-3-hexanol, 5- metil-2-hexanol, 5-metil-3-hexanol, 2-metil-3-hexanona, 5- metil-2-hexanona, 5-metil-3-hexanona, 2-metil-3,4- hexanodiol, 2-metil-3,4-hexanodiona, 5-metil-2,3- hexanodiol, 5-metil-2,3-hexanodiona, 4-metil-2,3- hexanodiol, 4-metil-2,3-hexanodiona, 2-metil-3-hidróxi-4- hexanona, 2-metil-4-hidróxi-3-hexanona, 5-metil-2-hidróxi- 3-hexanona, 5-metil-3-hidróxi-2-hexanona, 4-metil-2- hidróxi-3-hexanona, 4-metil-3-hidróxi-2-hexanona, 2,5- dimetilhexano, 2,5-dimetil-2-hexeno, 2,5-dimetil-3-hexeno, 2,5-dimetil-3-hexanol, 2,5-dimetil-3-hexanona, 2,5-dimetil- 3,4-hexanodiol, 2,5-dimetil-3,4-hexanodiona, 2,5-dimetil-3- hidróxi-4-hexanona, 5-metil-1-fenilhexano, 4-metil-1- fenilhexano, 5-metil-1-fenil-1-hexeno, 5-metil-1-fenil-2- hexeno, 5-metil-1-fenil-3-hexeno, 4-metil-1-fenil-1-hexeno, 4-metil-1-fenil-2-hexeno, 4-metil-1-fenil-3-hexeno, 5- metil-1-fenil-2-hexanol, 5-metil-1-fenil-3-hexanol, 4- metil-1-fenil-2-hexanol, 4-metil-1-fenil-3-hexanol, 5- metil-1-fenil-2-hexanona, 5-metil-1-fenil-3-hexanona, 4- metil-1-fenil-2-hexanona, 4-metil-1-fenil-3-hexanona, 5- metil-1-fenil-2,3-hexanodiol, 4-metil-1-fenil-2,3- hexanodiol, 5-metil-1-fenil-3-hidróxi-2-hexanona, 5-metil- 1-fenil-2-hidróxi-3-hexanona, 4-metil-1-fenil-3-hidróxi-2- hexanona, 4-metil-1-fenil-2-hidróxi-3-hexanona, 5-metil-1- fenil-2,3-hexanodiona, 4-metil-1-fenil-2,3-hexanodiona, 4- metil-1-(4-hidroxifenil)hexano, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)- 1-hexeno, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-2- hexeno, 5-metil-1- (4-hidroxifenil)-3-hexeno, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-1- hexeno, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-2-hexeno, 4-metil-1-(4- hidroxifenil)-3-hexeno, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-2- hexanol, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-3-hexanol, 4-metil-1- (4-hidroxifenil)-2-hexanol, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-3- hexanol, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-2-hexanona, 5-metil-1- (4-hidroxifenil)-3-hexanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-2- hexanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-3-hexanona, 5-metil-1- (4-hidroxifenil)-2,3-hexanodiol, 4-metil-1-(4- hidroxifenil)-2,3-hexanodiol, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-3- hidróxi-2-hexanona, 5-metil-1-(4-hidroxifenil)-2-hidróxi-3- hexanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-3-hidróxi-2-hexanona, 4-metil-1-(4-hidroxifenil)-2-hidróxi-3-hexanona, 5-metil-1- (4-hidroxifenil)-2,3-hexanodiona, 4-metil-1-(4- hidroxifenil)-2,3-hexanodiona, 4-metil-1-(indol-3-)hexano, 5-metil-1-(indol-3)-1-hexeno, 5-metil-1-(indol-3)-2-hexeno, 5-metil-1-(indol-3)-3-hexeno, 4-metil-1-(indol-3)-1-hexeno, 4-metil-1-(indol-3)-2-hexeno, 4-metil-1-(indol-3)-3-hexeno, 5-metil-1-(indol-3)-2-hexanol, 5-metil-1-(indol-3)-3- hexanol, 4-metil-1-(indol-3)-2-hexanol, 4-metil-1-(indol- 3)-3-hexanol, 5-metil-1-(indol-3)-2-hexanona, 5-metil-1- (indol-3)-3-hexanona, 4-metil-1-(indol-3)-2-hexanona, 4- metil-1-(indol-3)-3-hexanona, 5-metil-1-(indol-3)-2,3- hexanodiol, 4-metil-1-(indol-3)-2,3-hexanodiol, 5-metil-1- (indol-3)-3-hidróxi-2-hexanona, 5-metil-1-(indol-3)-2- hidróxi-3-hexanona, 4-metil-1-(indol-3)-3-hidróxi-2- hexanona, 4-metil-1-(indol-3)-2-hidróxi-3-hexanona, 5- metil-1-(indol-3)-2,3-hexanodiona, 4-metil-1-(indol-3)-2,3- hexanodiona, n-heptano, 1-hepteno, 1-heptanol, heptanal, heptanoato, 2-hepteno, 3-hepteno, 2-heptanol, 3-heptanol, 4- heptanol, 2-heptanona, 3-heptanona, 4-heptanona, 2,3- heptanodiol, 2,3-heptanodiona, 3,4-heptanodiol, 3,4- heptanodiona, 2-hidróxi-3-heptanona, 3-hidróxi-2-heptanona, 3-hidróxi-4-heptanona, 4-hidróxi-3-heptanona, 2- metilheptano, 3-metilheptano, 6-metil-2-hepteno, 6-metil-3- hepteno, 2-metil-3-hepteno, 2-metil-2-hepteno, 5-metil-2- hepteno, 5-metil-3- hepteno, 3-metil-3-hepteno, 2-metil-3- heptanol, 2-metil-4-heptanol, 6-metil-3-heptanol, 5-metil- 3-heptanol, 3-metil-4-heptanol, 2-metil-3-heptanona, 2- metil-4-heptanona, 6-metil-3-heptanona, 5-metil-3- heptanona, 3-metil-4-heptanona, 2-metil-3,4-heptanodiol, 2- metil-3,4-heptanodiona, 6-metil-3,4-heptanodiol, 6-metil- 3,4-heptanodiona, 5-metil-3,4-heptanodiol, 5-metil-3,4- heptanodiona, 2-metil-3-hidróxi-4-heptanona, 2-metil-4- hidróxi-3-heptanona, 6-metil-3-hidróxi-4-heptanona, 6- metil-4-hidróxi-3-heptanona, 5-metil-3-hidróxi-4-heptanona, 5-metil-4-hidróxi-3-heptanona, 2,6-dimetilheptano, 2,5- dimetilheptano, 2,6-dimetil-2-hepteno, 2,6-dimetil-3- hepteno, 2,5-dimetil-2-hepteno, 2,5-dimetil-3-hepteno, 3,6- dimetil-3-hepteno, 2,6-dimetil-3-heptanol, 2,6-dimetil-4- heptanol, 2,5-dimetil-3-heptanol, 2,5-dimetil-4-heptanol, 2,6-dimetil-3,4-heptanodiol, 2,6-dimetil-3,4-heptanodiona, 2,5-dimetil-3,4-heptanodiol, 2,5-dimetil-3,4-heptanodiona, 2,6-dimetil-3-hidróxi-4-heptanona, 2,6-dimetil-4-hidróxi-3- heptanona, 2,5-dimetil-3-hidróxi-4-heptanona, 2,5-dimetil- 4-hidróxi-3-heptanona, n-octano, 1-octeno, 2-octeno, 1- octanol, octanal, octanoato, 3-octeno, 4- octeno, 4-octanol, 4-octanona, 4,5-octanodiol, 4,5-octanodiona, 4-hidróxi-5- octanona, 2-metiloctano, 2-metil-3-octeno, 2-metil-4- octeno, 7-metil-3-octeno, 3-metil-3-octeno, 3-metil-4- octeno, 6-metil-3-octeno, 2-metil-4-octanol, 7-metil-4- octanol, 3-metil-4-octanol, 6-metil-4-octanol, 2-metil-4- octanona, 7-metil-4-octanona, 3-metil-4-octanona, 6-metil- 4-octanona, 2-metil-4,5-octanodiol, 2-metil-4,5- octanodiona, 3-metil-4,5-octanodiol, 3-metil-4,5- octanodiona, 2-metil-4-hidróxi-5-octanona, 2-metil-5- hidróxi-4-octanona, 3-metil-4-hidróxi-5-octanona, 3-metil- 5-hidróxi-4-octanona, 2,7-dimetiloctano, 2,7-dimetil-3- octeno, 2.7-dimetil-4-octeno, 2,7-dimetil-4-octanol, 2,7- dimetil-4-octanona, 2,7-dimetil-4,5-octanodiol, 2,7- dimetil-4,5-octanodiona, 2,7-dimetil-4-hidróxi-5-octanona, 2,6-dimetiloctano, 2,6-dimetil-3-octeno, 2,6-dimetil-4- octeno, 3,7-dimetil-3-octeno, 2,6-dimetil-4-octanol, 3,7- dimetil-4-octanol, 2,6-dimetil-4-octanona, 3,7-dimetil-4- octanona, 2,6-dimetil-4,5-octanodiol, 2,6-dimetil-4,5- octanodiona, 2,6-dimetil-4-hidróxi-5-octanona, 2,6-dimetil- 5-hidróxi-4-octanona, 3,6-dimetiloctano, 3,6-dimetil-3- octeno, 3,6-dimetil-4-octeno, 3,6-dimetil-4-octanol, 3,6- dimetil-4-octanona, 3,6-dimetil-4,5-octanodiol, 3,6- dimetil-4,5-octanodiona, 3,6-dimetil-4-hidróxi-5-octanona, n-nonana, 1-noneno, 1-nonanol, nonanal, nonanoato, 2- metilnonana, 2-metil-4-noneno, 2-metil-5-noneno, 8-metil-4- noneno, 2-metil-5-nonanol, 8-metil-4-nonanol, 2-metil-5- nonanona, 8-metil-4-nonanona, 8-metil-4,5-nonanadiol, 8- metil-4,5-nonanadiona, 8-metil-4-hidróxi-5-nonanona, 8- metil-5-hidróxi-4-nonanona, 2,8-dimetilnonana, 2,8-dimetil- 3-noneno, 2,8-dimetil-4-noneno, 2,8-dimetil-5-noneno, 2,8- dimetil-4-nonanol, 2,8-dimetil-5-nonanol, 2,8-dimetil-4- nonanona, 2,8-dimetil-5-nonanona, 2,8-dimetil-4,5- nonanadiol, 2,8-dimetil-4,5-nonanadiona, 2,8-dimetil-4- hidróxi-5-nonanona, 2,8-dimetil-5-hidróxi-4-nonanona, 2,7- dimetilnonana, 3,8-dimetil-3-noneno, 3,8-dimetil-4-noneno, 3,8-dimetil-5-noneno, 3,8-dimetil-4-nonanol, 3,8-dimetil-5- nonanol, 3,8-dimetil-4-nonanona, 3,8-dimetil-5-nonanona, 3,8-dimetil-4,5-nonanadiol, 3,8-dimetil-4,5-nonanadiona, 3,8-dimetil-4-hidróxi-5-nonanona, 3,8-dimetil-5-hidróxi-4- nonanona, n-decano, 1-deceno, 1-decanol, decanoato, 2,9- dimetildecano, 2,9-dimetil-3-deceno, 2,9-dimetil-4-deceno, 2,9-dimetil-5-decanol, 2,9-dimetil-5-decanona, 2,9-dimetil- 5,6-decanodiol, 2,9-dimetil-6-hidróxi-5-decanona, 2,9- dimetil-5,6-decanodionan-undecano, 1-undeceno, 1-undecanol, undecanal, undecanoato, n-dodecano, 1-dodeceno, 1-dodecanol, dodecanal, dodecanoato, n-dodecano, 1-decadeceno, n- tridecano, 1-trideceno, 1-tridecanol, tridecanal, tridecanoato, n-tetradecano, 1-tetradeceno, 1-tetradecanol, tetradecanal, tetradecanoato, n-pentadecano, 1-pentadeceno, 1-pentadecanol, pentadecanal, pentadecanoato, n-hexadecano, 1-hexadeceno, 1-hexadecanol, hexadecanal, hexadecanoato, n- heptadecano, 1-heptadeceno, 1-heptadecanol, heptadecanal, heptadecanoato, n-octadecano, 1-octadeceno, 1-octadecanol, octadecanal, octadecanoato, n-nonadecano, 1-nonadeceno, 1- nonadecanol, nonadecanal, nonadecanoato, eicosano, 1- eicoseno, 1-eicosanol, eicosanal, eicosanoato, 3-hidróxi- propanal, 1,3-propanodiol, 4-hidroxibutanal, 1,4- butanodiol, 3-hidróxi-2-butanona, 2,3-butanodiol, 1,5- pentanodiol, homocitrato, homoisocitorato, b-hidróxi adipato, glutarato, glutarsemialdeído, glutaraldeído, 2- hidróxi-1-ciclopentanona, 1,2-ciclopentanodiol, ciclopentanona, ciclopentanol, (S)-2-acetolactato, (R)-2,3- diidróxi-isovalerato, 2-oxoisovalerato, isobutiril-CoA, isobutirato, isobutiraldeído, 5-amino-pentaldeído, 1,10- diaminodecano, 1,10-diamino-5-deceno, 1,10-diamino-5- hidroxidocano, 1,10-diamino-5-decanona, 1,10-diamino-5,6- decanodiol, 1,10-diamino-6-hidróxi-5-decanona, fenilacetoaldeído, 1,4-difenilbutano, 1,4-difenil-1-buteno, 1,4-difenil-2-buteno, 1,4-difenil-2-butanol, 1,4-difenil-2- butanona, 1,4-difenil-2,3-butanodiol, 1,4-difenil-3- hidróxi-2-butanona, 1-(4-hidroxifenil)-4-fenilbutano, 1-(4- hidroxifenil)-4-fenil-1-buteno, 1-(4-hidroxifenil)-4-fenil- 2-buteno, 1-(4-hidroxifenil)-4-fenil-2-butanol, 1-(4- hidroxifenil)-4-fenil-2-butanona, 1-(4-hidroxifenil)-4- fenil-2,3-butanodiol, 1-(4-hidroxifenil)-4-fenil-3-hidróxi- 2-butanona, 1-(indol-3)-4-fenilbutano, 1-(indol-3)-4-fenil- 1-buteno, 1-(indol-3)-4-fenil-2-buteno, 1-(indol-3)-4- fenil-2-butanol, 1-(indol-3)-4-fenil-2-butanona, 1-(indol- 3)-4-fenil-2,3-butanodiol, 1-(indol-3)-4-fenil-3-hidróxi-2- butanona, 4-hidroxifenilacetoaldeído, 1,4-di(4- hidroxifenil)butano, 1,4-di(4-hidroxifenil)-1-buteno, 1,4- di(4-hidroxifenil)-2-buteno, 1,4-di(4-hidroxifenil)-2- butanol, 1,4-di(4-hidroxifenil)-2-butanona, 1,4-di(4- hidroxifenil)-2,3-butanodiol, 1,4-di(4-hidroxifenil)-3- hidróxi-2-butanona, 1-(4-hidroxifenil)-4-(indol-3-)butano, 1-(4-hidroxifenil)-4-(indol-3)-1-buteno, 1-di(4- hidroxifenil)-4-(indol-3)-2-buteno, 1-(4-hidroxifenil)-4- (indol-3)-2-butanol, 1-(4-hidroxifenil)-4-(indol-3)-2- butanona, 1-(4-hidroxifenil)-4-(indol-3)-2,3-butanodiol, 1- (4-hidroxifenil-4-(indol-3)-3-hidróxi-2-butanona, indol-3- acetoaldeído, 1,4-di(indol-3-)butano, 1,4-di(indol-3)-1- buteno, 1,4-di(indol-3)-2-buteno, 1,4-di(indol-3)-2- butanol, 1,4-di(indol-3)-2-butanona, 1,4-di(indol-3)-2,3- butanodiol, 1,4-di(indol-3)-3-hidróxi-2-butanona, succinato semialdeído, ácido hexano-1,8-dicarboxílico, ácido 3-hexeno- 1,8-dicarboxílico, ácido 3-hidróxi-hexano-1,8- dicarboxílico, ácido 3-hexanona-1,8-dicarboxílico, ácido 3,4-hexanodiol-1,8-dicarboxílico, ácido 4-hidróxi-3- hexanona-1,8-dicarboxílico, glicerol, Fucoidana, iodo, clorofila, carotenóide, cálcio, magnésio, ferro, sódio, potássio, fosfato, ácido lático, ácido acético, ácido fórmico, isoprenóides e poliisoprenos, incluindo borracha. Além disso, esses produtos podem incluir ácido succínico, ácido pirúvico, enzimas como, por exemplo, celulases, polissacarases, lipases, proteases, ligninases e hemicelulases, e podem estar presentes como um composto puro, uma mistura, ou uma forma impura ou diluída.
[0067] Produtos finais de fermentação também podem incluir polióis ou álcoois de açúcar; por exemplo, metanol, glicol, glicerol, eritritol, treitol, arabitol, xilitol, ribitol, manitol, sorbitol, dulcitol, fucitol, iditol, inositol, volemitol, isomalte, maltitol, lactitol e/ou poliglicitol.
[0068] O termo “modificador de pH”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode incluir qualquer material que tenderá a aumentar, diminuir ou manter estável o pH do caldo ou meio. Um modificador de pH pode ser um ácido, uma base, um tampão, ou um material que reage com outros materiais presentes para servir para elevar, reduzir ou manter estável o pH. Em uma modalidade, mais de um modificador de pH pode ser usado, por exemplo, mais de um ácido, mais de uma base, um ou mais ácidos com uma ou mais bases, um ou mais ácidos com um ou mais tampões, uma ou mais bases com um ou mais tampões, ou um ou mais ácidos com uma ou mais bases com um ou mais tampões. Em uma modalidade, um tampão pode ser produzido no caldo ou meio ou separadamente e usado como um ingrediente por reação pelo menos parcialmente em ácido ou base com uma base ou um ácido, respectivamente. Quando mais de um modificador de pH é utilizado, eles podem ser adicionados ao mesmo tempo ou em tempos diferentes. Em uma modalidade, um ou mais ácidos e uma ou mais bases são combinados, resultando em um tampão. Em uma modalidade, componentes dos meios, por exemplo, uma fonte de carbono ou uma fonte de nitrogênio, servem como um modificador de pH; componentes de meios adequados incluem aqueles com pH alto ou baixo ou aqueles com capacidade de tamponamento. Componentes de meios exemplares incluem polissacarídeos de plantas hidrolisados por ácido ou base que possuem ácido ou base residual, material de planta tratado com explosão de fibras com amônia (AFEX) com amônia residual, ácido lático, sólidos ou liquor de milhocina.
[0069] O termo “polissacarídeo de planta”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode compreender um ou mais polímeros de açúcares e derivados de açúcar, além de derivados de polímeros de açúcar e/ou outros materiais poliméricos que ocorrem em matéria vegetal. Polissacarídeos de plantas exemplares incluem celulose, amido, pectina e hemicelulose. Outros são quitina, polissacarídeos sulfonados como, por exemplo, ácido algínico, agarose, carragenana, porfirana, furcelarana e funorana. Geralmente, o polissacarídeo pode ter duas ou mais unidades de açúcar ou unidades de derivados de açúcar. As unidades de açúcar e/ou unidades de derivados de açúcar podem se repetir em um padrão regular, ou de forma diferente. As unidades de açúcar podem ser unidades de hexose ou unidades de pentose, ou combinações destas. As unidades de derivados de açúcar podem ser álcoois de açúcar, ácidos de açúcar, açúcares de amino etc. Os polissacarídeos podem ser lineares, ramificados, reticulados, ou uma mistura destes. Um tipo ou classe de polissacarídeo pode ser reticulado com outro tipo ou classe de polissacarídeo. A concentração de sacarídeos em uma biomassa que contém polissacarídeos de plantas como, por exemplo, celulose, hemicelulose, amido ou pectina, pode ser dada em termos de equivalentes de monossacarídeo. Uma concentração de equivalente de monossacarídeo é a concentração de sacarídeos supondo hidrólise completa de polissacarídeos em monossacarídeos.
[0070] O termo “sacarificação”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode incluir a conversão de polissacarídeos de plantas em espécies de peso molecular menor que podem ser utilizadas pelo organismo disponível. Para alguns organismos, isso incluiria a conversão em monossacarídeos, dissacarídeos, trissacarídeos e oligossacarídeos de até cerca de sete unidades monoméricas, além de cadeias de tamanho similar de derivados de açúcar e combinações de açúcares e derivados de açúcar.
[0071] O termo “biomassa”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode incluir um ou mais materiais biológicos que podem ser convertidos em um biocombustível, substância química ou outro produto. O termo “biomassa”, como usado nesse relatório descritivo, é sinônimo com o termo “matéria-prima” e inclui xarope de milho, melaços, silagem, resíduos agrícolas (espigas de milho, grama, palha, cascas de grãos, fibras, bagaço etc.), resíduos animais (esterco de gado, aves domésticas e suínos), solúveis secos de destilaria (DDS), grãos secos de destilaria (DDG), solúveis condensados de destilaria (CDS), grãos úmidos de destilaria (DWG), grãos secos de destilaria com solúveis (DDGS), materiais lenhosos (madeira ou casca de árvores, serragem, lascas de madeira e restos de moinhos), águas servidas domiciliares (aparas de papel, papéis higiênicos reciclados, resíduos de jardins etc.), e culturas energéticas (álamos, salgueiros, capim-elefante, Miscanthus sp., alfafa, capim-andropogon da pradaria, algas, incluindo macroalgas etc.). Uma fonte de biomassa exemplar é matéria vegetal. Matéria vegetal pode ser, por exemplo, matéria vegetal lenhosa, incluindo madeiras moles ou madeiras duras, matéria vegetal não lenhosa, material celulósico, material lignocelulósico, material hemicelulósico, carboidratos, pectina, amido, inulina, frutanos, glicanos, milho, cana de açúcar, gramas como, por exemplo, arroz, milho, cevada, trigo, capim-elefante, sorgo, sorgo com alto teor de biomassa, bambu ou semelhantes, algas e material derivado destas. Plantas podem estar em seu estado natural ou geneticamente modificadas, por exemplo, para aumentar a porção celulósica ou hemicelulósica da parede celular, ou para produzir enzimas exógenas ou endógenas adicionais para aumentar a separação de componentes da parede celular. Matéria vegetal também pode incluir cultura de células de plantas ou cultura de tecido de células de plantas. Matéria vegetal pode ser ainda descrita por referência à espécie química presente, por exemplo, proteínas, polissacarídeos e óleos. Polissacarídeos incluem polímeros de vários monossacarídeos e derivados de monossacarídeos que incluem glicose, frutose, lactose, ácido galacturônico, ramnose etc. Matéria vegetal também inclui subprodutos ou resíduos de restos agrícolas como, por exemplo, polpa, liquor de milhocina, sólidos de milhocina, grãos de destilaria, cascas, caroços, resíduos de fermentação, palha, tábuas, esgoto, lixo e restos de alimentos. As cascas podem ser de cítricos, que incluem, sem limitação, cascas de tangerina, cascas de toranja, cascas de laranja, cascas de tangerina, cascas de lima e casca de limão. Esses materiais podem vir de fazendas, florestas, fontes industriais, residências etc. Outro exemplo não limitante de biomassa é matéria animal incluindo, por exemplo, leite, carne, gordura, restos de processamento animal e resíduos animais. O termo “matéria- prima” é frequentemente usado para se referir à biomassa que está sendo usada para um processo, por exemplo, aqueles descritos nesse relatório descritivo.
[0072] Biomassa pode ser derivada de culturas agrícolas, resíduos de culturas, árvores, lascas de madeira, serragem, papel, papelão, gramas, algas, águas servidas domiciliares e outras fontes como supra descrito. Em uma modalidade, a biomassa contém material celulósico, hemicelulósico e/ou lignocelulósico. Em uma modalidade, a biomassa é lenhosa (álamo, Eucalyptus, salgueiro, pinheiro etc.). Em outra modalidade, a biomassa é material de planta não lenhoso, por exemplo, gramas, dicotilédones, monocotilédones etc. Outras biomassas incluem biomassa de alga, biomassa de planta não vascular e materiais processados derivados de plantas; por exemplo, cascas, grãos de destilaria, resíduos de águas servidas domiciliares, e semelhantes.
[0073] Em uma modalidade, a composição de biomassa que compreende celulose, hemicelulose, e/ou lignocelulose compreende alfafa, algas, bagaço, bambu, forragem de milho, espigas de milho, fibra de milho, milho kernels, purê de milho, liquor de milhocina, sólidos de milhocina, grãos de destilaria, solúveis secos de destilaria, grãos secos de destilaria, solúveis condensados de destilaria, grãos úmidos de destilaria, grãos secos de destilaria com solúveis, eucalipto, restos de alimentos, cascas de frutas, resíduos de jardins, grama, cascas de grãos, plantas de cultivo modificadas, águas servidas domiciliares, cascas de aveia, papel, polpa de papel, capim-andropogon da pradaria, álamo, cascas de arroz, cascas de sementes, silagem, sorgo, palha, cana de açúcar, capim-elefante, trigo, palha de trigo, farelo de trigo, farelo de trigo sem amido, salgueiros, madeira, células de plantas, culturas de tecido de planta, culturas de tecido, ou uma combinação destes.
[0074] O termo “peso seco” de biomassa significa o peso da biomassa que possui toda ou basicamente toda a água removida. O peso seco é tipicamente medido de acordo com o “Standard E1 756-01” (“Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass”) da “American Society for Testing and Materials” (ASTM) ou o (TAPPI) “Standard T-412 om-02” (“Moisture in Pulp, Paper and Paperboard”) da “Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Inc.”.
[0075] O termo “produtividade”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode incluir a massa de um material de interesse produzido em certo tempo em certo volume. As unidades podem ser, por exemplo, gramas por litro-hora, ou alguma outra combinação de massa, volume e tempo. Na fermentação, a produtividade é frequentemente usada para caracterizar quão rápido um produto pode ser feito dentro de certo volume de fermentação. O volume pode ser em referência ao volume total do vaso de fermentação, ao volume de trabalho do vaso de fermentação, ou ao volume real de caldo que está sendo fermentado. O contexto da frase indicará o significado desejado àqueles versados na técnica. A produtividade é diferente de “titulação”, na medida em que a produtividade inclui um termo de tempo, e a titulação é análoga à concentração. Titulação e produtividade podem geralmente ser medidas em qualquer tempo durante a fermentação, por exemplo, no começo, no final ou em algum momento intermediário, com a titulação se relacionando com a quantidade de um material particular presente ou produzido no ponto no tempo de interesse, e a produtividade se relacionando com a quantidade de um material particular produzido por litro em certa quantidade de tempo. A quantidade de tempo usada na determinação da produtividade pode ser a partir do começo da fermentação ou a partir de algum outro tempo, e ir até o final da fermentação, por exemplo, quando nenhum material adicional é produzido ou quando ocorre a colheita, ou algum outro tempo, como indicado pelo contexto do uso do termo. O termo “produtividade global” se refere à produtividade determinada por utilização da titulação final e do tempo de fermentação global.
[0076] O termo “biocatalisador”, como usado nesse relatório descritivo, possui seu significado comum como conhecido por aqueles versados na técnica e pode incluir uma ou mais enzimas e/ou microorganismos, incluindo soluções, suspensões, e misturas de enzimas e microorganismos. Em alguns contextos, essa palavra irá se referir ao possível uso de enzimas ou microorganismos para servir a uma função particular; em outros contextos, a palavra irá se referir ao uso combinado dos dois e, em outros contextos, a palavra irá se referir a apenas um dos dois. O contexto da frase indicará o significado desejado àqueles versados na técnica. Por exemplo, um biocatalisador pode ser um microorganismo fermentativo. O termo “biocatalisador” inclui microorganismos fermentativos como, por exemplo, levedura, bactérias ou algas.
[0077] Os termos “eficiência de conversão” ou “rendimento”, como usados nesse relatório descritivo, possuem seu significado habitual conhecido por aqueles versados na técnica, e podem incluir a massa de produto feito por uma massa de substrato. O termo pode ser expresso como uma percentagem de rendimento do produto a partir de uma massa de substrato de partida. Para a produção de etanol a parir de glicose, a reação líquida geralmente aceita como: C6H12O6 ^ 2 C2H5OH + 2 CO2 e a eficiência de conversão máxima teórica, ou rendimento, é de 51% (peso). Frequentemente, a eficiência de conversão será citada como o máximo teórico, por exemplo, “80% do máximo teórico”. No caso de conversão de glicose em etanol, essa afirmativa indicaria uma eficiência de conversão de 41% (peso). O contexto da frase indicará o substrato e produto desejados àqueles versados na técnica.
[0078] O termo “pré-tratamento” ou “pré-tratado” é usado nesse relatório descritivo para se referir a qualquer processo mecânico, químico, térmico, bioquímico ou combinação desses processos em uma etapa combinada ou realizados sequencialmente, que obtém ruptura ou expansão da biomassa de modo a tornar a biomassa mais suscetível ao ataque por enzimas e/ou micróbios. Em uma modalidade, o pré- tratamento inclui a remoção ou ruptura de lignina de modo a tornar os polímeros de celulose e hemicelulose na biomassa de planta mais disponível às enzimas e/ou micróbios celulolíticos, por exemplo, por tratamento com ácido ou base. Em uma modalidade, o pré-tratamento inclui ruptura ou expansão de material celulósico e/ou hemicelulósico. Processos químicos de pré-tratamento incluem, sem limitação, branqueamento, oxidação, redução, tratamento com ácido, tratamento com base, tratamento com sulfito, tratamento com sulfito ácido, tratamento com sulfito básico, tratamento com amônia e hidrólise. Processos térmicos de pré-tratamento incluem, sem limitação, esterilização, expansão ou explosão de fibra com amônia (“AFEX”), explosão por vapor, manutenção em temperaturas elevadas, pressurizada ou não pressurizada, na presença ou ausência de água, e congelamento. Processos bioquímicos incluem, sem limitação, tratamento com enzimas, incluindo enzimas produzidas por plantas modificadas geneticamente e tratamento com microorganismos. Várias enzimas que podem ser utilizadas incluem celulase, amilase, β-glucosidase, xilanase, gluconase, e outras polissacarases; lisozima; lacase, e outras enzimas modificadoras de lignina; lipoxigenase, peroxidase, e outras enzimas oxidativas; proteases; e lipases. Um ou mais dos processos mecânicos, químicos, térmicos, termoquímicos e bioquímicos podem ser combinados ou usados separadamente. Esses processos combinados também podem incluir aqueles usados na produção de papel, produtos de celulose, celulose microcristalina e celulósicos, e podem incluir polpação, polpação Kraft, processamento com sulfito ácido. A matéria-prima pode ser um resíduo ou resíduo de uma instalação que utiliza um ou mais desses processos em um material de biomassa, por exemplo, material celulósico, hemicelulósico ou lignocelulósico. Exemplos incluem plantas de papel, plantas celulósicas, plantas de destilação, plantas de processamento de algodão e plantas de celulose microcristalina. A matéria-prima também pode incluir materiais residuais que contêm celulose ou material celulósico. A matéria-prima também pode ser materiais de biomassa, por exemplo, madeira, gramas, milho, amido ou sacarídeo, produzidos ou colhidos como uma matéria- prima desejada para a produção de etanol ou outros produtos como, por exemplo, biocatalisadores.
[0079] O pré-tratamento da composição de biomassa pode ser realizado de tal modo que quaisquer sólidos sejam reduzidos em termos de tamanho. A redução do tamanho de sólidos na composição de biomassa pode ser vantajosa, pois partículas menores possuem proporções maiores de área de superfície para volume. O aumento da proporção da área de superfície para volume pode ser vantajoso, pois ele pode, por exemplo, aumentar a taxa de umedecimento de partículas (por exemplo, com água ou um agente químico como, por exemplo, um ácido ou uma base), aumentar a acessibilidade de enzimas aos polissacarídeos na biomassa, permitir o uso de uma dose menor de enzimas durante uma hidrólise da biomassa, permitir o uso de menos ou quantidades menores de substâncias químicas (por exemplo, ácidos ou bases) durante uma etapa de pré-tratamento e/ou hidrólise, permitir o uso de ácidos ou bases mais fracas em uma etapa de pré-tratamento ou hidrólise, permitir o uso de concentrações maiores de sólidos em qualquer etapa de processamento adicional (por exemplo, durante uma etapa de hidrólise), e/ou aumentar o rendimento de sacarídeos pela hidrólise da biomassa.
[0080] As composições de biomassa podem ser reduzidas em tamanho até uma mistura de partículas que possuem um tamanho uniforme, ou substancialmente uniforme. Essas misturas podem ser denominadas misturas homogêneas. Misturas homogêneas de partículas podem ter muitas vantagens em relação às misturas de partículas que possuem tamanhos heterogêneos com relação a processos de pré-tratamento adicionais e/ou durante hidrólise para produzir compostos de sacarídeos. Por exemplo, misturas heterogêneas de partículas podem apresentar aquecimento desigual durante etapas de processamento térmico e termoquímico. O aquecimento desigual pode levar ao cozimento excessivo (por exemplo, carbonização/queima) de partículas e/ou ao cozimento insuficiente de partículas. A carbonização ou queima de partículas pode reduzir o rendimento de sacarídeo pela hidrólise das partículas; isso pode ser causado por degradação ou desnaturação de polímeros de sacarídeos como, por exemplo, amido, hemicelulose e/ou celulose. O cozimento insuficiente de partículas pode levar a polímeros de sacarídeos não hidrolisados (por exemplo, amido, hemicelulose, celulose) durante hidrólise enzimática ou química, o que também pode reduzir o rendimento de sacarídeo. Em contraste, o aquecimento uniforme, umedecimento, tratamento químico (por exemplo, tratamento com ácido ou base) e/ou hidrólise enzimática podem ser obtidos com misturas de partículas que possuem tamanhos uniformes (por exemplo, misturas homogêneas).
[0081] O termo “compostos de açúcar” ou “compostos de sacarídeos” é usado nesse relatório descritivo para indicar açúcares principalmente monossacarídeos, dissolvidos, cristalizados, evaporados ou parcialmente dissolvidos, incluindo, sem limitação, hexoses e pentoses; álcoois de açúcar; ácidos de açúcar; aminas de açúcar; compostos que contém dois ou mais desses ligados juntos diretamente ou indiretamente por meio de ligações covalentes ou iônicas; e misturas destes. Estão incluídos nessa descrição dissacarídeos; trissacarídeos; oligossacarídeos; polissacarídeos; e cadeias de açúcar, ramificadas e/ou lineares, de qualquer comprimento. Uma corrente de açúcar pode consistir em açúcares primariamente ou substancialmente C6, açúcares C5, ou misturas de açúcares C6 e C5 em proporções variáveis dos referidos açúcares. Açúcares C6 possuem arcabouço molecular de seis carbonos, e açúcares C5 possuem um arcabouço molecular de cinco carbonos. Os termos “açúcar” e “sacarídeo” são usados de forma intercambiável nesse relatório descritivo.
[0082] Uma composição “líquida” ou “aquosa” pode conter sólidos e uma composição “sólida” pode conter líquidos. Uma líquida composição se refere a uma composição na qual o material é primariamente líquido, e uma composição sólida é aquela na qual o material é primariamente sólido.
[0083] O termo “kPa” se refere a quilopascal, uma unidade de pressão. A pressão atmosférica-padrão, a pressão exercida por uma massa de 10 g repousada em uma área de 1 cm2, é definida como 101,325 kPa. Descrição
[0084] A descrição e os exemplos seguintes ilustram algumas modalidades exemplares da revelação em detalhe. Aqueles versados na técnica reconhecerão que há diversas variações e modificações dessa revelação que são englobadas por seu escopo. Consequentemente, a descrição de certa modalidade exemplar não deve ser considerada como limitante do escopo da presente revelação.
[0085] São revelados nesse relatório descritivo métodos para o tratamento rápido e eficiente de biomassa usando condições de concentração elevada de biomassa. Diferentemente dos métodos atuais, que podem reter materiais de biomassa em uma câmara por um período de tempo longo, foi descoberto que o processamento desses materiais pode evitar tempos de retenção longos sob tratamento térmico e químico evitando, dessa forma, a degradação de açúcares C5, proteínas e ligninas em produtos indesejáveis como, por exemplo, HMF e furfurais permitindo, ao mesmo tempo, a separação de materiais de carboidratos, açúcares tanto monoméricos quanto poliméricos, de outros componentes da biomassa. Os inibidores normalmente formados durante o pré-tratamento são ácido acético (formado durante a liberação de açúcares C5) e também ácido fórmico, furfural e HMF. A formação os três últimos compostos é, em grande parte, dependente da temperatura, pressão e tempo de residência da biomassa durante o pré-tratamento.
[0086] Além disso, foi descoberto que a solubilização de celulose cristalina não é impedida pelo tempo de exposição curto. Esses métodos também podem permitir que a biomassa seja aquecida e pressurizada uniformemente para acesso aumentado de reagentes do tratamento à biomassa. Durante esse processo, podem ser produzidos plugues que cisalham a biomassa em partículas menores e aumentam ainda mais o acesso de reagentes para hidrolisar e liberar os polímeros de C5 liberando e solubilizando, ao mesmo tempo, os polímeros de C6. Em uma modalidade, a biomassa é movida através de uma zona de reação onde vapor e pressão são aplicados, seguido pela adição de ácido e, finalmente, liberação do material à pressão atmosférica abrindo-se e fechando-se rapidamente uma válvula terminal. O processo inteiro acontece dentro de segundos, resultando em uma biomassa termomecânica e quimicamente hidrolisada com níveis menores ou reduzidos de inibidores, quando comparados com os métodos de pré- tratamento conhecidos na técnica.
[0087] Em alguns casos, os métodos de pré-tratamento fornecidos nesse relatório descritivo permitem a liberação e despolimerização de açúcares em um intervalo de tempo rápido. Os açúcares podem ser liberados e despolimerizados dentro de um período de tempo muito curto. O período de tempo pode ser de menos do que 20 segundos. Geralmente, o tempo na zona de reação pode variar de um segundo até menos do que 20 segundos. Isso fornece a movimentação contínua da biomassa através do tubo resultando em uma biomassa rapidamente pré- tratada que contém poucos, nenhum ou substancialmente nenhum inibidor.
[0088] São descritos nesse relatório descritivo dispositivos e métodos de pré-tratamento aprimorados, de baixo custo, energeticamente eficientes, para o processamento rápido de materiais de biomassa de lignocelulose, celulose, hemicelulose e semelhantes, antes da hidrólise enzimática, o que inclui um tratamento termomecânico com ou sem substâncias químicas e uma reação de extrusão controlada por uma válvula terminal variável controlada por pressão. Os métodos revelados nesse relatório descritivo podem incluir o uso de um dispositivo que compreende uma câmara cilíndrica dividida em zonas tubulares, em que a biomassa pode ser movida continuamente ou em bateladas através da câmara cilíndrica; reduzida em tamanho; e tratada com pressão, calor, substâncias químicas, ou uma combinação destes, nas diferentes zonas tubulares antes de ser submetida a uma diferença rápida de temperatura e pressão (por exemplo, descompressão explosiva). A biomassa pode ser movida por um mecanismo do tipo parafuso, por exemplo, um parafuso único, duplo ou até mesmo triplo, como encontrado em uma extrusora. Alternativamente, a biomassa pode ser movida por um mecanismo como, por exemplo, um bloco ou outra pressão mecânica, pressão hidrostática diferencial gerenciada por ar, óleo, pistão, vácuo ou gravidade. Esses mecanismos também podem ter uma função para impulsionar ou conduzir para frente ou separar a biomassa em câmaras ou zonas para tratamento particular ou adição de materiais.
[0089] Em geral, uma extrusora para uso nesse sistema inclui um barril alongado que apresenta uma entrada de material e uma saída de material adjacente em extremidades opostas deste, com um ou mais parafusos giratórios axialmente alongados dentro do barril que servem para avançar o material pela extremidade de entrada até a extremidade de saída deste. O parafuso é projetado para suavizar o fluxo de material, reduzindo-o em tamanho, e vários elementos do parafuso são dispostos para aumentar ou diminuir o fluxo, ou para formar plugues da biomassa dentro do barril. O parafuso (ou parafusos) acoplado a uma válvula terminal sob pressão na saída, controla a velocidade, pressão e, parcialmente, a temperatura aplicada à biomassa à medida que ela se move através e para fora do barril.
[0090] Será subentendido por aqueles versados na técnica que podem ser empregados vários métodos de processamento biomassa que são modificados para incluir o tratamento e hidrólise rápidos descritos nesse relatório descritivo para produzir níveis elevados de carboidratos com níveis baixos de inibidores. Por exemplo, o método de tubo de Andritz (US2014/0034260 A1) pode ser adaptado com uma câmara interna separável e com o processo de válvula terminal dessa invenção. Os métodos podem ser realizados com o uso de uma extrusora de rosca dupla. Similarmente, extrusoras de rosca única ou múltipla são adaptáveis a esse método. Além disso, ácidos, álcalis ou outras substâncias químicas podem ser usadas durante pré-tratamento, ou pode ser empregado vapor isoladamente.
[0091] Os sistemas e métodos revelados nesse relatório descritivo podem ser usados para pré-tratamento em escala industrial de biomassa em uma taxa de rendimento elevada. Por exemplo, estima-se que a biomassa possa se mover através e ser processada de acordo com a Tabela 1 seguinte por operação contínua de uma extrusora de rosca dupla de acordo com alguns dos métodos revelados nesse relatório descritivo. Tabela 1
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[0092] Em uma visão geral, o aparelho e seu uso em uma extrusora são descritos a seguir. O reator de parafuso de barril pode compreender um barril cilíndrico metálico (que pode ser revestido com materiais especializados como, por exemplo, cerâmica, vidro, alumínio, Hastelloy, titânio e semelhantes) que possui um tamanho que pode variar de, por exemplo, 30 mm a 220 mm de diâmetro ou maior, equipado com um ou mais parafusos, orientados horizontalmente ou verticalmente. O barril pode ser dividido em seções separadas e pode ser equipado com acessos de uso múltiplo ao longo das superfícies superiores, laterais e/ou inferiores. Esses acessos de uso múltiplo podem ser acessos vedáveis. Os acessos de uso múltiplo podem permitir a injeção de água, vapor, ácido ou outras substâncias químicas. Os acessos de uso múltiplo podem permitir a inserção de termopares e/ou medidores de pressão para a medição de temperatura e pressão dentro do barril. Acessos adicionais podem ser acrescentados, como necessário. O barril do reator pode ser equipado com elementos de aquecimento elétrico ou uma camisa de vapor para aquecimento por igual do barril. O aquecimento pode alternativamente ou adicionalmente ser fornecido pela injeção de vapor. O barril do reator pode ser anexado a um cano que descarrega em um tanque flash ou outro recipiente. O tanque flash pode ser construído usando aço inoxidável. O barril pode ser isolado do tanque flash por um cano com uma extremidade de assento que possui um arranjo de válvula de descarga atuada por pressão capaz de ajustar continuamente a posição dependendo da pressão retrógrada na válvula e da pressão dentro do sistema. O arranjo de válvula de descarga pode compreender um assento de vedação de metal ou cerâmica no meio para permitir uma descarga explosiva de biomassa. O arranjo de válvula ativada por pressão pode compreender um bocal cônico conectado a um eixo (veja as FIGS. 1 e 2). O diâmetro da válvula terminal pode variar com o tamanho da máquina, e tipicamente varia de 30 mm a 220 mm ou maior. O bocal cônico pode estar conectado a um eixo que está conectado a um atuador em um gerador de pressão retrógrada. O atuador pode fornecer a pressão pneumática que é regulada pelo gerador de pressão retrógrada, que monitora a pressão. A pressão pode ser uma pressão elevada de forma que não ocorra nenhum fluxo retrógrado e haja um fluxo restrito de material para fora do tubo. A pressão retrógrada no bocal cônico e assento pode ser ajustável. Por exemplo, podem ser realizadas operações usando 344,73 kPa a 4.136,85 kPa (pressão medida) de pressão retrógrada sobre o eixo conectado ao bocal cônico da válvula de cisalhamento terminal. O cone da válvula de cisalhamento terminal pode percorrer entre uma posição totalmente fechada e uma posição totalmente aberta, e qualquer posição intermediária. Um cano na saída da válvula de cisalhamento terminal pode dirigir os sólidos tratados para baixo para o fundo do tanque flash, onde os sólidos e o vapor podem ser separados e facilmente removidos.
[0093] A FIG. 1 mostra uma modalidade de um tipo de um design de um reator como fornecido nesse relatório descritivo. O reator pode ser um reator de escala comercial. Ele compreende um barril cilíndrico horizontal 31 adaptado com parafusos duplos (não mostrados) e uma válvula de descarga 17 anexada a um flange terminal especial 14 na segunda extremidade do barril. O barril pode ser isolado e pode ter paredes impermeáveis. Um motor 24 para movimentação dos parafusos pode ser anexado perto da primeira extremidade. O motor pode ser, por exemplo, um motor dirigido eletricamente e combinação de caixa de engrenagens, com ou sem polias e cintas em “V” ou qualquer outro mecanismo para girar os parafusos. O motor também pode ser, por exemplo, e sem ser limitante, um motor de torque síncrono. Uma canaleta 20 pode ser anexada à entrada da extremidade vedada do barril 31. B iomassa pode ser adicionada através da abertura da canaleta 20. A biomassa pode ser qualquer biomassa como fornecida nesse relatório descritivo. Pode haver um alimentador para geração de fluxo não compactante ou compactante (não mostrado), por exemplo, um preparador para controlar a adição de biomassa pela canaleta 20 até o barril 31. O alimentador compactante e/ou não compactante pode ser qualquer carregador compactante e/ou não compactante conhecido na técnica. Por exemplo, um alimentador indutor de fluxo não compactante pode ser um alimentador não compactante ou vários tipos de indutores de fluxo de bandeja de fundo vivo, seguido por correias transportadoras de medição de fluxo como, por exemplo, vários tipos de correntes de arrasto, elevadores de balde ou hélices giratórias. Em sua forma mais simples, um alimentador não compactante pode ser referir ao carregamento de biomassa manualmente em uma primeira extremidade aberta do barril cilíndrico. Alimentadores compactantes podem compreender compactação mecânica. A compactação mecânica pode ser fornecida por fornecimento de um dispositivo de compactação mecânica como, por exemplo, um êmbolo alternativo ou parafuso alimentador. O barril 31 pode ter um primeiro acesso vedável 29 para adição de água para hidratar a biomassa no tubo à medida que ela se afasta da extremidade da canaleta. Os parafusos podem ser projetados com seções para formar um plugue de alto cisalhamento P1, que pode ocorrer após a adição de água, mas antes da adição de vapor através dos acessos 32 e 33. O plugue de alto cisalhamento P1 pode quebrar a biomassa em partículas de tamanho menor (por exemplo, de cerca de 10 a 200 mícrons). Os plugues que são formados podem separar a biomassa em seções ou zonas que podem ser tratadas diferentemente umas das outras. O movimento dos parafusos através da câmara impermeável do barril 30 empurra a biomassa e mistura água da zona alimentadora em uma primeira zona 91. Os acessos 32, 33 adicionam vapor pressurizado (por exemplo, até cerca de 2.068,42 kPa a 4.136,85 kPa) para o barril após o primeiro plugue ser formado, aumentando a pressão do barril até uma temperatura e pressão desejadas (por exemplo, 4.136,85 kPa e uma temperatura de 253°C). Um segundo plugue P2 pode ser formado antes da adição de ácido aquoso (ou outra substância química, por exemplo, uma base) e pode separar o material em uma segunda zona 92. Nessa segunda zona, polímeros de C6 podem ser solubilizados e/ou polímeros de C5 podem ser hidrolisados em monossacarídeos. As condições termomecânicas podem ser mantidas nessa zona. Após a adição de ácido (ou álcali solução) através de 34, um terceiro plugue P3 pode ser formado à medida que a biomassa se move através da câmara do barril cilíndrico 30. O ácido (ou solução de álcali) também pode ser adicionado após o terceiro plugue ser formado. A solubilização adicional de açúcares pode ocorrer nessa terceira zona 93 e, se necessário, mais água pode ser adicionada através de outro acesso (não mostrado) na terceira zona 93.
[0094] A válvula terminal 17 na extremidade distal da terceira zona 93, quando vedada, compreende uma parte da zona de reação R1. A válvula terminal pode estar sob pressão constante. Um regulador de pressão retrógrada (por exemplo, veja as FIGS. 11 e 12) pode ser adicionado ao cilindro do barril 31, de tal forma que o regulador de pressão retrógrada monitore a pressão no final da zona 93. O monitoramento pode ser contínuo. O regulador de pressão retrógrada atua para manter uma pressão estabelecida por abertura e fechamento da válvula terminal (por exemplo, continuamente) 17 através de um eixo 60 conectado a um atuador (por exemplo, veja as FIGS. 12 e 13). O atuador pode ser qualquer atuador como fornecido nesse relatório descritivo. Por exemplo, o atuador pode ser um atuador pneumático. A atividade da válvula pode ocorrer rapidamente para abrir a válvula terminal 17 e liberação de material pressurizado em um cano 62 que leva à abertura do tanque flash 70 extinguindo, dessa forma, a biomassa tratada e caindo rapidamente a temperatura e pressão de vários milhares de kPa até a pressão atmosférica. À medida que a pressão cai, o regulador de pressão retrógrada faz com que o atuador feche a válvula terminal 17 por meio do movimento do eixo 60. A pressão diferencial pode ser variada dependendo da quantidade necessária para solubilizar ainda mais os açúcares C6. Quando se opera em condições ideais, a válvula terminal 17 pode nunca estar completamente fechada e nunca estar completamente aberta, o eixo 60 se movimentando para frente e para trás sob o controle do atuador.
[0095] Em alguns casos, qualquer dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo compreende um atuador. O atuador pode ser controlado por um regulador. O atuador em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ser qualquer tipo de atuador ou motor mecânico controlável, eletromecânico, linear, piezelétrico, ultra- sônico, hidráulico, eletro-hidráulico, pneumático, de eixo segmentado, de bobina em movimento ou de ferro em movimento conhecido na técnica. Em alguns casos, o atuador em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo compreende um atuador pneumático. O atuador pneumático pode ser um atuador de pistão. Em alguns casos, o atuador em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo compreende um atuador hidráulico. Exemplos de atuadores mecânicos podem incluir atuadores do tipo parafuso (por exemplo, parafuso principal, camisa de parafuso, parafuso de bola ou parafuso de rolete), roda e eixo (por exemplo, guindaste, manivela, cremalheira e pinhão, corrente de acionamento, correia de acionamento, corrente rígida ou correia rígida), atuadores de pistão, atuadores de diafragma ou atuadores de came. Um regulador para o controle de um atuador em qualquer dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ser um regulador de pressão. O regulador de pressão pode ser um regulador de pressão retrógrada. O regulador de pressão (por exemplo, regulador de pressão retrógrada) pode ser um regulador de estágio único ou um regulador de estágio duplo. O regulador de pressão pode compreender um elemento de restrição, um elemento de carregamento e um elemento de medição. O elemento de restrição pode ser uma válvula como, por exemplo, uma válvula de globo, de borboleta ou de assento. Para controle preciso, uma válvula como, por exemplo, um globo linear, pode funcionar bem. Outros tipos de válvulas podem ser um globo de abertura rápida, uma válvula de bola, uma válvula de borboleta ou uma válvula de globo de percentagem igual.
[0096] O elemento de carregamento pode ser um peso, uma mola ou um atuador (por exemplo, atuador de pistão ou diafragma) em combinação com uma mola. Em alguns casos, o regulador de pressão em qualquer dispositivo fornecido nesse relatório descritivo é um regulador de pressão pneumática. O regulador de pressão pneumática funciona com uma válvula de assento modificada. Por exemplo, um regulador de pressão E/P, série ED05 (Bosch Rexroth AG) pode ser usado. Em alguns casos, o regulador de pressão em qualquer dispositivo fornecido nesse relatório descritivo é um regulador de pressão hidráulica. O regulador de pressão também pode estar em comunicação e/ou compreender um medidor de fluxo para medição das taxas de fluxo dentro de um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo. O medidor de fluxo pode ser um medidor de fluxo, rotômetro ou controlador de fluxo de massa conhecido na técnica.
[0097] As três câmaras cilíndricas (zonas) 91, 92 e 93 dentro do cilindro do barril 31 e cano de descarga 62 através da válvula até a pressão atmosférica compreendem a zona de reação R1 onde ocorre o pré-tratamento da biomassa. O pré- tratamento da biomassa inserido no cilindro do barril 31 ocorre dentro da câmara do barril 30 desde que o material esteja em temperaturas e pressões elevadas, de modo que a zona de reação R1 termine quando o material é eliminado na atmosfera. As pressões termoquímica e mecânica nessa zona, bem como o tempo de residência, podem ser variadas de acordo com o tipo de biomassa que está sendo pré-tratada. Aqueles versados na técnica reconhecerão que material de biomassa com uma concentração elevada de polímeros de carboidrato facilmente solubilizados e hidrolisados poderia necessitar de menos tempo e/ou de menos pressão e temperatura.
[0098] O tempo de residência na zona de reação pode ser muito curto, quando comparado com outros sistemas de pré- tratamento conhecidos na técnica. O tempo de residência em uma zona de reação (por exemplo, FIG. 1, R1) de um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ser menor do que 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 35, 40, 45, 50, 55 ou 60 segundos. O tempo de residência em uma zona de reação (por exemplo, FIG. 1, R1) de um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ser cerca de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 35, 40, 45, 50, 55 ou 60 segundos. O tempo de residência em uma zona de reação (por exemplo, FIG. 1, R1) de um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ser entre cerca de 1 segundo até cerca de 2, cerca de 1 segundo até cerca de 3 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 4 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 5 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 6 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 7 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 8 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 9 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 10 segundos, cerca de 1 segundo até cerca de 15 segundos, cerca de 1 até cerca de 20 segundos, cerca de 2 segundo até cerca de 4 segundos, cerca de 2 segundo, até cerca de 6 segundo, cerca de 2 segundos até cerca de 8 segundo, cerca de 2 segundo, até cerca de 10 segundos, cerca de 2 segundos até cerca de 15 segundo, cerca de 2 segundos até cerca de 20 segundos, cerca de 5 segundos até cerca de 10 segundos, cerca de 5 segundos até cerca de 10 segundos, cerca de 5 segundos até cerca de 15 segundos, cerca de 5 segundos até cerca de 20 segundos, cerca de 10 segundo até cerca de 12 segundo segundos, cerca de 10 segundos até cerca de 14 segundos, cerca de 10 segundos, até cerca de 16 segundos, cerca de 10 segundos até cerca de 18 segundos, cerca de 10 segundos até cerca de 20 segundos, cerca de 15 segundos até cerca de 20 segundos, cerca de 20 segundos até cerca de 30 segundos, cerca de 30 segundos até cerca de 45 segundos, ou cerca de 45 segundos até cerca de 60 segundos. A pressão pode variar de 0 a 5.515,80 kPa, preferivelmente de 2.068,42-4.826,33 kPa. A faixa de temperaturas é ampla, de 00 a 260°C ou mais, preferivelmente de 160-230°C. A temperatura usada frequentemente depende da cristalinidade da fibra de celulose na biomassa; por exemplo, madeira mole possui um percentual maior de celulose cristalina e exige uma temperatura de 210-240°C. Ácido pode ou não ser adicionado para ajudar na reação e pode variar de 0% do peso de substância química pura por tonelada seca de biomassa até 8% do peso de substância química pura por tonelada seca de biomassa, preferivelmente de 1% do peso até 5% do peso.
[0099] Em outra modalidade, biomassa como fornecida nesse relatório descritivo pode ser pré-tratada em uma temperatura e/ou pressão elevada em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo. Em uma modalidade, biomassa é pré- tratada em uma faixa de temperaturas de 20°C a 400°C. Em outra modalidade, biomassa é pré-tratada em uma temperatura de cerca de 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 80°C, 90°C, 100°C, 120°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, 350°C, 400°C ou maior. Em outra modalidade, temperaturas elevadas são fornecidas pelo uso de vapor, água quente ou gases quentes. Em uma modalidade, vapor pode ser injetado em um vaso ou câmara do barril que contém biomassa. Em outra modalidade, o vapor, água quente ou gás quente pode ser injetado em uma camisa do vaso de modo que ele aqueça, mas não entre em contato diretamente com a biomassa. Em uma modalidade adicional, calor pode ser aplicado externamente usando aquecedores elétricos de barril.
[00100] Em outra modalidade, biomassa como fornecida nesse relatório descritivo pode ser pré-tratada em uma temperatura e/ou pressão elevada em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo. Em uma modalidade, biomassa é pré- tratada em uma faixa de pressão de 0 a 5.515,80 kPa. Em algumas modalidades, o aquecimento da biomassa pré-tratada em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo é realizado em uma pressão maior do que a atmosférica. A pressão pode ser de cerca de 172,36 kPa até cerca de 5.515,80 kPa. A pressão pode ser de cerca de 2.068,42 kPa e 3.447,37 kPa. A pressão pode ser cerca de 2.757,90 kPa. Por exemplo, a pressão pode ser cerca de 172,36-5.515,80, 172,36- 4.826,33, 172,36-4.136,85, 172,36- 3.447,37, 172,36-1.723,68 kPa, 172,36-1.551,32 kPa, 172,36- 1.378,95 kPa, 172,36-1.206,58 kPa, 172,36-1.034,21 kPa, 172,36-861,84 kPa, 172,36-689,47 kPa, 172,36-517,10 kPa, 172,36-344,73 kPa, 344,73-1.551,32 kPa, 344,73-1.378,95 kPa, 344,73-1.206,58 kPa, 344,73-1.034,21 kPa, 344,73-861,84 kPa, 344,73-689,47 kPa, 344,73-517,10 kPa, 517,10-1.378,95 kPa, 517,10-1.206,58 kPa, 517,10-1.034,21 kPa, 517,10-861,84 kPa, 517,10-689,47 kPa, 689,47-1.206,58 kPa, 689,47-1.034,21 kPa, 689,47-861,84 kPa, 861,84-1.034,21 kPa, 172,36 kPa, 206,84 kPa, 241,31 kPa, 275,79 kPa, 310,26 kPa, 344,73 kPa, 379,21 kPa, 413,68 kPa, 448,15 kPa, 482,63 kPa, 517,10 kPa, 551,58 kPa, 586,05 kPa, 620,52 kPa, 655,00 kPa, 689,47 kPa, 723,94 kPa, 758,42 kPa, 792,89 kPa, 827,37 kPa, 861,84 kPa, 896,31 kPa, 930,79 kPa, 965,26 kPa, 999,73 kPa, 1.034,21 kPa, modalidade, a pressão é de cerca de 172,36 kPa até cerca de 1.723,68 kPa. Em outra modalidade, a pressão é de cerca de 517,10 kPa até cerca de 1.378,95 kPa. Em outra modalidade, a pressão é de cerca de 689,47 kPa até cerca de 2.757,90 kPa.
[00101] Em uma modalidade, um ou mais ácidos podem ser combinados, resultando em um tampão que pode ser usado para a realização de pré-tratamento de biomassa como fornecida nesse relatório descritivo em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo. Em alguns casos, o pH pode ser reduzido até o pH neutro ou pH ácido, por exemplo, um pH de 7,0, 6,5, 6,0, 5,5, 5,0, 4,5, 4,0, ou menor. Por exemplo, o meio aquoso não neutro usado para o pré-tratamento de biomassa como fornecida nesse relatório descritivo em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo pode ter um pH que é menor do que 7, 6,5, 6, 5,5, 5, 4,5, 4, 3,5, 3, 2,5, 2, 1,5 ou 1. Por exemplo, o meio aquoso não neutro pode ter um pH que é cerca de 6,5, 6,4, 6,3, 6,2, 6,1, 6, 5,9, 5,8, 5,7, 5,6, 5,5, 5,4, 5,3, 5,2, 5,1, 5, 4,9, 4,8, 4,7, 4,6, 4,5, 4,4, 4,3, 4,2, 4,1, 4, 3,9, 3,8, 3,7, 3,6, 3,5, 3,4, 3,3, 3,2, 3,1, 3, 2,9, 2,8, 2,7, 2,6, 2,5, 2,4, 2,3, 2,2, 2,1, 2, 1,9, 1,8, 1,7, 1,6, 1,5, 1,4, 1,3, 1,2, 1,1, 1, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, ou menor. Em algumas modalidades, o pH é reduzido e/ou mantido dentro de uma faixa de cerca de pH 4,5 até cerca de 7,1, ou cerca de 4,5 até cerca de 6,9, ou cerca de pH 5,0 até cerca de 6,3, ou cerca de pH 5,5 até cerca de 6,3, ou cerca de pH 6,0 até cerca de 6,5, ou cerca de pH 5,5 até cerca de 6,9 ou cerca de pH 6,2 até cerca de 6,7.
[00102] Em algumas modalidades, o pré-tratamento de uma biomassa como fornecida nesse relatório descritivo em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo compreende hidratação da composição de biomassa em um meio aquoso não neutro que possui um pH que é maior do que 7. Por exemplo, o meio aquoso não neutro pode ter um pH que é maior do que 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5, 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5 ou maior. Por exemplo, o meio aquoso não neutro pode ter um pH que é cerca de 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8, 8,1, 8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9, 9,1, 9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8, 9,9, 10, 10,1, 10,2, 10,3, 10,4, 10,5, 10,6, 10,7, 10,8, 10,9, 11, 11,1, 11,2, 11,3, 11,4, 11,5, 11,6, 11,7, 11,8, 11,9, 12, 12,1, 12,2, 12,3, 12,4, 12,5, 12,6, 12,7, 12,8, 12,9, 13, 13,1, 13,2, 13,3, 13,4, 13,5, 13,6, 13,7, 13,8, 13,9, ou maior. O meio aquoso não neutro que possui um pH maior do que 7 pode compreender uma ou mais bases como, por exemplo, hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, hidróxido de potássio, amônia, hidróxido de amônia, peróxido de hidrogênio ou uma combinação destes. As (uma ou mais) bases podem estar em qualquer concentração adequada, por exemplo, qualquer uma das concentrações reveladas nesse relatório descritivo.
[00103] Em algumas modalidades, o pré-tratamento de uma composição de biomassa compreende hidratação da composição de biomassa em um meio aquoso não neutro compreende de cerca de 0,1% até cerca de 50% p/p ou v/p por peso de biomassa seca de um ou mais ácidos ou uma ou mais bases. Por exemplo, o meio aquoso não neutro pode compreender cerca de 25-50%, 10-50%, 10-25%, 5-50%, 5-25%, 5-10%, 4-50%, 4-25%, 4-10%, 45%, 3-50%, 3-25%, 3-10%, 3-5%, 3-4%, 2-50%, 2-25%, 2-10%, 25%, 2-4%, 2-3%, 1-50%, 1-25%, 1-10%, 1-5%, 1-4%, 1-3%, 1-2%, 0,5-50%, 0,5-25%, 0,5-10%, 0,5-5%, 0,5-4%, 0,5-3%, 0,5-2%, 0,5-1%, 0,5-%, 0,1-50%, 0,1-25%, 0,1-10%, 0,1-5%, 0,1-4%, 0,1-3%, 0,1-2%, 0,1-1%, 0,1-0,5%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9,5%, 9%, 8,5%, 8%, 7,5%, 7%, 6,5%, 6%, 5,5%, 5%, 4,9%, 4,8%, 4,7%, 4,6%, 4,5%, 4,4%, 4,3%, 4,2%, 4,1%, 4%, 3,9%, 3,8%, 3,7%, 3,6%, 3,5%, 3,4%, 3,3%, 3,2%, 3,1%, 3%, 2,9%, 2,8%, 2,7%, 2,6%, 2,5%, 2,4%, 2,3%, 2,2%, 2,1%, 2%, 1,9%, 1,8%, 1,7%, 1,6%, 1,5%, 1,4%, 1,3%, 1,2%, 1,1%, 1%, 0,9%, 0,8%, 0,7%, 0,6%, 0,5%, 0,4%, 0,3%, 0,2%, ou 0,1% dos (um ou mais) ácidos ou as (uma ou mais) bases. Os (um ou mais) ácidos podem ser ácido sulfúrico, ácido peroxiacético, ácido lático, ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido cloroacético, ácido dicloroacético, ácido tricloroacético, ácido trifluoracético, ácido oxálico, ácido benzóico, ou uma combinação destes. As (uma ou mais) bases podem ser hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, hidróxido de potássio, amônia, hidróxido de amônia, peróxido de hidrogênio ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, o meio aquoso não neutro compreende os (um ou mais) ácidos ou as (uma ou mais bases) a de cerca de 1% até cerca de 5% v/p por peso de biomassa seca. Em algumas modalidades, o meio aquoso não neutro compreende ácido sulfúrico a de cerca de 1% até cerca de 5% v/p por peso de biomassa seca. Em algumas modalidades, o meio aquoso não neutro compreende ácido sulfúrico a cerca de 1,8% v/p por peso de biomassa seca. Em algumas modalidades, o meio aquoso não neutro compreende ácido sulfúrico a cerca de 1% v/p por peso de biomassa seca.
[00104] No tanque flash 70, a biomassa pode se mover através de um cano dirigido para baixo. A biomassa pré- tratada pode ser acessível pelo tanque flash 70. Em alguns casos, um dispositivo para o tratamento de biomassa como fornecido nesse relatório descritivo pode ser projetado para mover a biomassa até uma etapa de separação ou até um tanque de hidrólise enzimática. Vapores podem ser descarregados através da tampa aberta do tanque flash 70 ou, na alternativa, o tanque flash 70 pode ser fechado e os vapores descarregados através de um cano para outra área ou câmara. Alternativamente, o cano pode estar conectado por meio de uma tubulação até um condensador.
[00105] O aparelho (por exemplo, cilindro do barril) pode ser construído usando aço-carbono, aço inoxidável ou qualquer outro material que seja impermeável ao ácido e álcali e que possa suportar as pressões geradas. Também é possível ter um revestimento quimicamente inerte no interior da câmara (por exemplo, câmara interna do cilindro do barril) que não reage com ácido ou álcali ou qualquer substância química que é usada nos métodos fornecidos nesse relatório descritivo. O barril cilíndrico pode ser horizontal ou vertical com modificações para o carregamento de biomassa ou fornecimento da pressão de descarga adequada. Aqueles versados na técnica poderiam facilmente configurar o aparelho com um barril vertical para operação adequada.
[00106] Em alguns casos, um dispositivo para o tratamento de biomassa como fornecido nesse relatório descritivo compreende uma extrusora de rosca dupla. Um exemplo de uma extrusora de rosca dupla co-giratória, usada para os métodos fornecidos nesse relatório descritivo é mostrado na FIG. 2. A extrusora de rosca dupla na FIG. 2 compreende barril 31, uma câmara cilíndrica horizontal 30, que inclui mecanismos alimentadores do tipo de rosca dupla 51 e 52. O barril compreende uma primeira extremidade aberta 11 para adição de biomassa. A biomassa pode ser qualquer biomassa como fornecida nesse relatório descritivo. O aparelho de extrusão global 10 inclui uma canaleta de alimentação primaria 20 para conter a biomassa que está sendo adicionada. Dentro da canaleta 20 está uma verruma de liberação 13 para distribuir igualmente o material na primeira extremidade aberta 11. Há um acesso 15 no qual água pode ser adicionada à medida que a biomassa entra na câmara da extrusora 30. A câmara cilíndrica 30 possui outro acesso 29 para água, acessos vedáveis 32, 33 para a adição de vapor pressurizado e acessos vedáveis 34, 35 para a adição de reagente químico (por exemplo, ácido). Um terceiro acesso 36 pode ser adicionado caso seja necessário vapor adicional abaixo dos acessos 34 e 35. Como na FIG. 1, a câmara do barril 30 é dividida em 3 zonas (não mostradas), produzidas por configurações do parafuso, semelhantes a 91, 92 e 93 na FIG. 1. Vapor pressurizado é injetado para elevar a temperatura e a pressão da biomassa, e substância química para a reação química, se necessário. Pode ser fornecido isolamento 12 do lado de fora ou como parte do barril 31 que pode englobar a câmara do barril 30 e manter a temperatura desejada dentro da câmara. Medidores de temperatura 83, 87 e medidores de pressão 81, 85 são usados para monitorar a temperatura e pressão dentro da câmara, respectivamente.
[00107] À medida que biomassa é carregada através da canaleta 20 para dentro da câmara 30, é criada pressão termomecânica através da adição de vapor e da configuração dos plugues (em função do formato e movimento de várias seções dos mecanismos do parafuso). O mecanismo de rosca dupla 51, 52 move a biomassa através do tubo até a abertura 22 entre a chapa de topo 14 da câmara do barril 30 e a válvula de descarga 89.
[00108] Como na FIG. 1, o dispositivo da FIG. 2 produz três plugues P1, P2, P3 durante o processo de movimentação de biomassa através do tubo de uma extremidade até a outra (veja a FIG. 1). Embora não mostrado na FIG. 2, P1 é formado após a adição de água através do acesso 29 antes da adição de vapor através dos acessos 32 e 33. Os acessos 32, 33 adicionam vapor pressurizado a cerca de 2.068,42 kPa até 4.136,85 kPa até o barril após o primeiro plugue ser formado, aumentando a pressão do barril até uma temperatura e pressão desejadas; por exemplo, 4.136,85 kPa e uma temperatura de 253°C. P2 é formado antes da adição de ácido aquoso através dos acessos 32 e 33, enquanto P3 é normalmente formado após a adição de ácido aquoso. Também como a FIG. 1, na FIG. 2 a zona dentro da câmara do barril 30 entre P1 e P2 está a zona 91, enquanto a zona 92 está entre P2 e P3 e a zona 93 está entre P3 e a área de descarga. A zona 91 entre os dois primeiros plugues, a zona 92 entre o plugue P2 e o plugue P3, a zona entre o plugue P3 e a área de descarga através do flange terminal especial 14 coletivamente constituem a zona de reação R1 (como mostrado na FIG. 1). Em alguns casos, substâncias químicas usadas para ajudar no pré-tratamento da biomassa (por exemplo, ácido ou álcali ou outra substância química) são adicionadas entre o segundo plugue P2 e o terceiro plugue P3 formado na zona de reação R1.
[00109] Em alguns casos, o pré-tratamento de biomassa usando um dispositivo como revelado na FIG. 2 confere vedação dos acessos no dispositivo da FIG. 2 após movimento de biomassa através de cada seção e adição de solução aquosa que compreende ácido e vapor e subsequentemente manutenção de uma temperatura desejada. Como mostrado na FIG. 2, a válvula de descarga 17 pode ser parcialmente vedada em uma vedação de metal ou cerâmica 89, de modo que a válvula de descarga seja quase toda fechada. Em operação (FIG. 2 e FIG. 12), à medida que a pressão na câmara do barril 30 se eleva até certo ponto, a válvula de descarga 17 é empurrada e se abre (afastada da câmara do barril). O eixo da válvula 60 se estende através de um tubo até um atuador 72 dentro ou anexado a um gerador de pressão retrógrada (unidade de controle) 73. A mistura de biomassa, açúcares e substância química aquosa é empurrada através da abertura da válvula de descarga 22 pelo movimento das roscas duplas 50, 51 na câmara 30 da primeira extremidade em direção à segunda extremidade (saída) e pela elevação de pressão. A biomassa passa através da abertura da válvula de descarga 22 e através de um cano 62 onde é coletada em um tanque flash 70 através de uma abertura 71 no topo do tanque flash, o que permite acesso à biomassa pré-tratada e a saída de vapores. Também pode haver uma abertura separada para permitir a descarga de vapores (não mostrada).
[00110] Um corte transversal da extremidade de descarga da extrusora de rosca dupla mostrada na FIG. 2 é revelado na FIG. 3. Como mostrado na FIG. 3, o barril 31 abriga as roscas duplas 51, 52 que são giradas pelos eixos 26, 28. Em uma modalidade, um inserto do barril sólido substituível 38 de metal especializado resistente à corrosão e ao desgaste ou outro composto pode circundar os parafusos. A extensão das bordas da lâmina das roscas duplas 51, 52 e os limites dos orifícios perfurados através do inserto do barril 38 são representados por linhas pontilhadas. Há 1 mm ou tanto entre as pontas dos elementos do parafuso e o inserto do barril 38. Em alguns casos, as linhas pontilhadas podem ser as aberturas reais do barril (ao invés do barril 31) e podem ser compostas por insertos de metal especializado adicionados para resistência ao desgaste e perfurados para combinar com o diâmetro dos parafusos. Em uma modalidade, um aparelho de aquecimento (não mostrado) é adaptado em torno de um barril cilíndrico inteiro. A FIG. 4 mostra um corte transversal do flange de face especial da extremidade de descarga 14 que está conectado à extremidade da extrusora. O flange 14 está conectado à extrusora e as roscas duplas conduzem material para frente até a válvula de descarga. A FIG. 5 revela a transição da abertura de rosca dupla no flange terminal de descarga da extrusora 14 até a saída única da abertura da válvula 22 quando se olha da extremidade da abertura da válvula pela extremidade estreita que se conecta com a válvula 17. A abertura se expande para englobar a abertura de rosca dupla do flange 14. A FIG. 6 ainda revela a caixa da extremidade da válvula de descarga 19 com uma abertura cilíndrica única 22 que se conecta adjacente ao flange da extrusora 14. A biomassa pré-tratada é descarregada através da abertura 22 circundada pela vedação de metal ou cerâmica 89 que é fixada em posição para interagir com o mecanismo da válvula de descarga. A vedação de cerâmica ou metal também pode se estender para dentro da abertura da válvula 22 e fornecer um revestimento ou inserto entre a abertura da válvula 22 e a caixa da válvula 19.
[00111] A válvula na extremidade de descarga (“válvula terminal”) de uma extrusora como fornecida nesse relatório descritivo pode ser uma de muitos designs diferentes. A válvula terminal usada nesse processo pode ser uma de vários tipos que podem ser monitoradas e controladas precisamente por um gerador de pressão retrógrada. A válvula terminal pode ser unidirecional ou bidirecional. Em alguns casos, uma válvula terminal em uma extrusora como fornecida nesse relatório descritivo é unidirecional, enquanto o fluxo através da extrusora é unidirecional. Em alguns casos, uma válvula terminal em uma extrusora como fornecido nesse relatório descritivo é bidirecional, enquanto o fluxo através da extrusora é unidirecional. A FIG. 7 é uma visão horizontal da abertura da válvula 22 em sua caixa 19 onde ela se estreita das aberturas de rosca dupla da extrusora até a extremidade da válvula de descarga.
[00112] A FIG. 8 é uma visão horizontal da montagem da caixa da válvula 65 com o cano de descarga 62, incluindo a caixa 63 que contém a abertura da válvula e a caixa 19, como mostrado na FIG. 7. A FIG. 9 revela a caixa da FIG. 8, que mostra como a montagem de válvula está integrada com a caixa. A FIG. 10 é uma visão de corte horizontal com a válvula 17 e o eixo da válvula 60 vedada na abertura da caixa da válvula 19 dentro das caixas 65 e 63.
[00113] As FIGS. 1 e 2 são modalidades que mostram o movimento da biomassa através de reatores usando plugues para diferentes reações na câmara e para reduzir o tamanho de partícula. Essas modalidades podem ser variadas para acomodar diferentes tipos e tamanhos de biomassa para processamento ótimo e para a recuperação de monossacarídeos ou até mesmo de oligômeros. Por exemplo, o tamanho da segunda câmara pode ser reduzido se a biomassa contém uma pequena percentagem de hemicelulose comparada com a porção celulósica. O tempo de residência em qualquer câmara pode ser variado e aqueles versados na técnica saberão que os tipos de elementos do parafuso em seções que produzem os plugues, e cortam e movem os materiais de processamento para frente e sua colocação podem ter um número infinito de permutações. As combinações usadas dependerão do tipo de biomassa e do tamanho das partículas desejados para pré- tratamento ótimo. Dessa forma, o tempo de residência, a temperatura, o tempo e o tratamento químico podem ser ilimitados usando esse método.
[00114] As seções de parafuso incorporadas nesse sistema podem incluir, por exemplo, elementos de transporte para a movimentação de materiais através da extrusora e elementos do bloco de mistura para a formação de plugues. Um sistema adequado pode ser composto por um elemento de rosca de filete único com sulcos de misturação no perfil de parafuso. O elemento pode ter um parafuso de rosca à esquerda (transporte reverso) ou um parafuso de rosca à direita (perfil de parafuso inclinado para transporte para frente). Esses elementos podem compreender menos sulcos de misturação e profundidade de sulco reduzida para reduzir o fluxo transversal de produto entre os canais do perfil de parafuso ajudando, dessa forma, a manter uma pressão e movimento da biomassa uniformes e reduzir o fluxo retrógrado. Os elementos do parafuso podem ser compostos por vários materiais incluindo, por exemplo, Stellite, Hastelloy, Inconell, aço PM, aço de cromo e aço de nitreto e/ou podem ser fabricados com vários revestimentos de superfície para reduzir o desgaste e a abrasão. Exemplos desses elementos podem ser encontrados em Extricom GmbH (www.extricom.de). Aqueles versados na técnica saberão que os tipos de elementos e seu arranjo são ilimitados e podem ser organizados em muitos padrões diferentes para materiais de biomassa específicos.
[00115] O peso seco de biomassa inicial usado nos métodos dessa invenção é pelo menos cerca de 10% do peso da biomassa total e da mistura de ácido aquoso. Mais tipicamente, o peso seco de biomassa é pelo menos cerca de 20%, e pode ser pelo menos cerca de 30%, 45%, 50% ou mais. A biomassa da matéria- prima tipicamente irá variar entre 30% do peso e 90% do peso de sólidos, e a biomassa que sai do dispositivo de pré- tratamento tipicamente irá variar entre 25% do peso e 40% do peso de sólidos. O percentual de peso seco de biomassa pode variar e o percentual ótimo pode ser diferente para diferentes tipos de biomassa. Por exemplo, biomassa de pelo menos cerca de 40% é desejada quando se usa serragem (serragem será diluída com uma pequena quantidade de condensado de vapor), para fornecer biomassa pré-tratada que é sacarificada para produzir açúcares fermentáveis concentrados suficientemente para fermentação em etanol de custo compensador. É mais adequada biomassa de serragem que é pelo menos cerca de 30%. O percentual de peso seco preferido de um tipo de biomassa particular para uso nos presentes métodos para a produção de um hidrolisado rico em açúcares pode ser facilmente determinado por aqueles versados na técnica.
[00116] A biomassa pode ser carregada em um aparelho alimentador, por exemplo, a canaleta descrita por diagrama na FIG. 1, que, por sua vez, a alimenta ao reator. O carregamento pode ser facilitado por uso de uma correia transportadora de fluxo como, por exemplo, uma correia transportadora de parafuso, preparador, corrente de arrasto, elevador de balde, cinto de correia transportadora, ou semelhantes. A alimentação da biomassa no reator pode ser feita de modo mais uniforme pela adição de um parafuso cônico ou semelhantes, que permite que a biomassa entre no reator em uma taxa e densidade uniformes, o que é útil para impedir que o aparelho alimentador apresente entupimentos.
[00117] Com o uso desse método, uma solução aquosa que compreende ácido ou base pode compreender qualquer concentração que seja necessária para hidrolisar os polímeros de carboidrato. Dessa forma, por exemplo, ácido em uma concentração de 0,01% até acima de 7 ou 8% ou concentrações de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% ou qualquer valor intermediário, pode ser usado. Em dispositivos de pré- tratamento como fornecidos nesse relatório descritivo, acessos, excluindo aqueles nos quais vapor está sendo adicionado, podem ser vedados. Válvulas para uso nos dispositivos como fornecidos nesse relatório descritivo podem ser de qualquer tipo de válvula conhecido na técnica que possa ser aberta ou fechada. As válvulas podem ser válvulas de bola, válvulas de assento, válvulas de retenção ou válvulas giratórias de guilhotina, ou combinações destas.
[00118] Vapor pode ser adicionado por meio de um ou mais acessos no barril cilíndrico no começo da zona de reação, após o primeiro plugue ser formado, em uma quantidade que seja necessária para elevar a temperatura da biomassa e da mistura de ácido aquoso até o ponto desejado. Mais de um acesso pode ser usado, com os acessos sendo espaçados de modo que o contato com o vapor seja distribuído ao longo da biomassa ou para elevar a temperatura e a pressão mais rapidamente. Vapor pressurizado pode ser adicionado para elevar a temperatura da biomassa e da mistura de ácido aquoso até entre cerca de 80°C e cerca de 300°C, preferivelmente entre 160°C e 230°C. A temperatura da biomassa e do ácido aquoso pode ser cerca de 20°C, 25°C, 30°C, 35°C, 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 80°C, 90°C, 100°C, 120°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, 350°C ou 400°C. A temperatura da biomassa e do ácido aquoso pode ser de cerca de 20°C até cerca de 400°C, cerca de 50°C até cerca de 350°C, cerca de 80°C até cerca de 300°C, cerca de 100°C até cerca de 250°C ou cerca de 160°C até cerca de 210°C. Vapor adicional pode ser acrescentado através de um acesso entre a formação do segundo e terceiro plugues da câmara cilíndrica, se necessário, para manter a temperatura e pressão desejadas. O aparelho pode incluir uma jaqueta de aquecimento, camisa de vapor, aquecedores de banda, aquecedores de barril ou isolante de camisa para contribuir para a elevação e/ou manutenção da temperatura e da pressão. Camisas de aquecimento ou de vapor são particularmente adequadas para reatores de pequena escala, enquanto isolantes de camisa são adequados para reatores de larga escala. O aquecimento pode ocorrer em estágios diferentes, incluindo preaquecimento do barril antes do tratamento ou pré-tratamento. O tipo de biomassa que está sendo pré-tratada também pode afetar o tempo e temperatura ótimos para tratamento no presente método, como pode ser facilmente avaliado por aqueles versados na técnica.
[00119] A colocação da biomassa nas temperaturas descritas usando vapor pressurizado nesses métodos resulta em pressões dentro da câmara do reator que estão entre cerca de 2.068,42 kPa e cerca de 6.894,75 kPa. Mais tipicamente, a pressão está entre cerca de 2.068,42 kPa até 5.515,80 kPa. O vapor pressurizado é adicionado através dos acessos a cerca de 2.068,42 até 4.136,85 kPa. As pressões dentro da câmara do reator pode ser de 172,36-1.723,68 kPa, 172,36-1.551,32 kPa, 172,36-1.378,95 kPa, 172,36-1.206,58 kPa, 172,361.034,21 kPa, 172,36-861,84 kPa, 172,36-689,47 kPa, 172,36517,10 kPa, 172,36-344,73 kPa, 344,73-1.551,32 kPa, 344,73- 1.378,95 kPa, 344,73-1.206,58 kPa, 344,73-1.034,21 kPa, 344,73-861,84 kPa, 344,73-689,47 kPa, 344,73-517,10 kPa, 517,10-1.378,95 kPa, 517,10-1.206,58 kPa, 517,10-1.034,21 kPa, 517,10-861,84 kPa, 517,10-689,47 kPa, 689,47-1.206,58 kPa, 689,47-1.034,21 kPa, 689,47-861,84 kPa, 861,84-1.034,21 No entanto, sob certas circunstâncias, uma pressão menor poderia ser desejável. Por exemplo, é necessária pouca ou nenhuma pressão para a liberação polímeros de C5 de uma biomassa rica em C5- e/ou livre de lignina.
[00120] Nas modalidades dessa invenção (por exemplo, FIGS. 1 e 2), após pré-tratamento de uma biomassa como fornecida nesse relatório descritivo pelo tempo desejado na pressão e temperatura adequadas, a biomassa e a substância química aquosa ou outra mistura são movidas através de uma válvula de descarga 17 na extremidade do barril cilíndrico 30 para dentro de um tanque flash 70. A válvula de descarga 17 pode ser fechada durante a reação da biomassa com ácido aquoso ou outra substância química na temperatura desejada, e depois aberta para passagem da biomassa. Em um reator de câmara de rosca dupla, como exemplificado na FIG. 2, a válvula de descarga 17 se abre sob pressão da extrusora com a abertura da válvula entre a extremidade da extrusora e a câmara da válvula, após o vapor e a biomassa terem elevado a pressão na câmara de reação, e descarrega biomassa pré- tratada para aliviar a pressão até o ponto em que a pressão liberada à válvula terminal através do eixo seja maior. O uso da válvula externa é uma grande vantagem na tentativa de manter pressão homogênea no barril quando se utiliza formação de plugue para manter várias zonas. As zonas podem ser mantidas mais facilmente quando a liberação de material pressurizado é controlada por uma válvula pressurizada responsiva separadamente.
[00121] Por exemplo, a FIG. 12 ilustra uma válvula aberta 17 em um dispositivo como revelado na FIG. 2, o que ocorre quando a pressão do vapor e da biomassa na câmara do barril 30 (na FIG. 2) no barril cilíndrico 31 é maior do que a pressão liberada à válvula terminal 17. À medida que a pressão na câmara é reduzida, a pressão do eixo sobre a válvula terminal 17 empurra a válvula em direção ao fechamento contra a extremidade da extrusora reduzindo, dessa forma, a liberação de biomassa para dentro do tanque flash 70 na FIG. 2 e permitindo que a pressão se eleve na extrusora novamente. Em contraste, a FIG. 11 ilustra a posição da válvula 17 quando ela está vedada com a vedação de metal ou cerâmica 89 e a pressão do eixo é maior do que a pressão na extrusora. Em combinação, as FIGS. 11 e 12 revelam um movimento constante da válvula terminal para frente e para trás à medida que a biomassa é tratada no barril cilíndrico 31. Em alguns casos, a válvula terminal 17 nunca está completamente fechada e nunca completamente aberta. Dessa forma, a válvula terminal permanece substancialmente aberta por toda a operação, enquanto uma pressão consistente é mantida na extrusora enquanto a biomassa é tratada e liberada.
[00122] A aplicação descrita nesse relatório descritivo pode ser contínua, e a chave para a válvula de saída é o monitoramento constante da pressão do sistema. Há uma alça de feedback que ajusta continuamente a abertura da válvula a fim de manter uma pressão específica do sistema. Veja as FIGS. 11 e 12. Isso pode permitir um processo contínuo e a extrusora pode ser ajustada continuamente para manter uma pressão desejada no processo contínuo. No geral, esse pode ser um mecanismo mais complexo do que os sistemas de descarga de pré-tratamento normais, e pode oferecer um controle preciso de um processo contínuo.
[00123] Exemplos de válvulas de descarga que podem ser usadas incluem válvulas de descarga de assento, válvulas de controle com guilhotina, válvulas de assento, válvulas de borboleta, válvulas rotatórias com acesso em “V” e semelhantes. Particularmente útil em um reator e escala menor pode ser um globo linear operado por pistão ou uma válvula de descarga do tipo assento, em que um lado duro voltado para cima do assento é um orifício de descarga de cerâmica, e um lado mais macio para baixo do assento da válvula é vedado contra um êmbolo de válvula duro, com o a área de fluxo aumentando continuamente além do assento da válvula quando o êmbolo da válvula é retraído para abrir.
[00124] Mais adequadamente ainda, a válvula de descarga do tipo assento incorporaria uma expansão Venturi gradual. Uma modalidade de uma válvula de assento de expansão Venturi gradual que é adequada para um reator de pré-tratamento de biomassa é descrita por diagrama na FIG. 10. Essa válvula incorpora um bocal cônico e um arranjo válvula de assento terminal de metal ou cerâmica. Para evitar entupimento, a expansão Venturi gradual como exemplificada na FIG. 11 (posição fechada) e FIG. 12 (posição aberta) pode ser projetada para acelerar sólidos através de uma lacuna firmemente ampliada entre o cilindro estacionário 89 da Venturi e o cone interno móvel 17 da Venturi que é montado na extremidade de um eixo da válvula 60. O cilindro de descarga dentro do qual o cone se ajusta pode ser geralmente vedado na caixa da válvula de descarga 19 na saída da câmara do reator. O cone dentro da Venturi 89 pode ser o bico na extremidade do eixo da válvula 60. O eixo da válvula 60 pode estar anexado a um atuador 72 para o controle de movimento. O atuador 72 pode ser qualquer dispositivo conhecido na técnica que possa ser capaz de mover o eixo da válvula para frente e para trás em um movimento horizontal, por exemplo, um motor elétrico, pneumático ou hidráulico, atuador de válvula pneumático ou pistão hidráulico ou qualquer outro tipo atuador conhecido na técnica e/ou fornecido nesse relatório descritivo. O atuador, por sua vez, pode estar dentro ou anexado a um regulador de pressão eletrônico 73 que recebe um sinal de pressão da câmara de reação. Por exemplo, um regulador de pressão E/P, série ED05 (Bosch Rexroth AG) pode ser usado. Quando o eixo da válvula está em sua posição mais distante à esquerda, a borda externa do cone interior se situa contra a borda interna do cilindro exterior de metal ou cerâmica para vedar a extremidade de descarga do reator. Durante o pré-tratamento, o eixo da válvula pode ser movido para a direita para fornecer o tamanho de abertura que é desejado para a Venturi. Esse design pode fornecer uma zona de processamento de algum comprimento que se expande suavemente na direção de fluxo. Nesse design, os sólidos da biomassa podem ser acelerados para baixo em direção ao eixo do cone anular que se abre gradualmente até que a pressão na câmara possa ser liberada até o ponto em que um sinal eletrônico da câmara de reação resulte em pressão liberada à válvula terminal que faz com que a válvula terminal se mova em direção à câmara, fechando a lacuna entre a Venturi de processamento e o assento de metal ou cerâmica.
[00125] A biomassa tratada pode ser empurrada através da válvula de descarga se movendo para dentro de um cano que leva para dentro do tanque flash. Os vapores podem então ser liberados e a biomassa pode ser resfriada em preparação para o ajuste de pH, separação de sólidos e/ou hidrólise enzimática. Qualquer tanque flash típico pode ser usado. A passagem pelo tanque flash pode resultar em uma queda da pressão da pressão mantida dentro da zona de reação (por exemplo, a zona de reação revelada nas FIGS. 1 e 2) até uma pressão perto da atmosférica e pode tipicamente resfriar o material de biomassa até cerca de 100°C. A temperatura pode então ser reduzida até cerca de 50°C, o que pode ser desejado para sacarificação enzimática. A biomassa pode ser removida do tanque flash e sacarificada em bateladas. Geralmente, nesse ponto, os polímeros de C5 foram hidrolisados em oligômeros ou monossacarídeos, dependendo da quantidade de ácido ou álcali usada e da temperatura e pressão mantidas durante o tratamento nas zonas de reação da câmara do barril (veja as FIGS. 1 e 2), bem como da hidrólise de certa fração ou percentagem de regiões amorfas e polímeros de C6, deixando redes de C6 cristalino fragmentadas abertas para sacarificação (por exemplo, sacarificação enzimática).
[00126] Em alguns casos, o pH de uma matéria-prima pré- tratada pelos métodos fornecidos nesse relatório descritivo em um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo é ajustado antes de tratamento posterior (por exemplo, sacarificação enzimática). A alteração do pH de uma matéria- prima pré-tratada pode ser obtida por lavagem da matéria- prima (por exemplo, com água) uma ou mais vezes para remover uma substância alcalina ou ácida, ou outra substância usada ou produzida durante o pré-tratamento. A lavagem pode compreender a exposição da matéria-prima pré-tratada a um volume igual de água 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 ou mais vezes. Em outra modalidade, um modificador de pH pode ser adicionado. Por exemplo, um ácido, um tampão, ou um material que reage com outros materiais presentes pode ser adicionado para modular o pH da matéria-prima. Em uma modalidade, mais de um modificador de pH pode ser usado, por exemplo, uma ou mais bases, uma ou mais bases com um ou mais tampões, um ou mais ácidos, um ou mais ácidos com um ou mais tampões, ou um ou mais tampões. Quando mais de um modificador de pH é utilizado, eles podem ser adicionados ao mesmo tempo ou em tempos diferentes. Outros métodos exemplares não limitantes para a neutralização de matérias-primas tratadas com substâncias alcalinas foram descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos 4.048.341, 4.182.780 e 5.693.296.
[00127] Em alguns casos, um sistema pode ser projetado para hidrolisar e remover os polímeros de C5 em uma primeira câmara ou zona de reação antes de submetê-los a um tratamento com ácido forte e/ou temperaturas ou pressões elevadas em uma segunda zona da câmara de reação. Métodos de tratamento com ácido diluído e água quente podem ser usados para solubilizar toda ou uma porção da hemicelulose. Métodos que empregam reagentes alcalinos podem ser usados para remover toda, a maior parte ou uma porção da lignina durante a etapa de pré-tratamento. Os resíduos de polímeros de C6 e lignina restantes podem ser tratados em concentrações elevadas de ácido e temperaturas e pressões elevadas sem a formação de subprodutos de C5, por exemplo, furfurais e ácido acético. Isso resultaria em uma mistura de polímeros de C6 basicamente sem açúcares C5 e inibidores da hidrólise de polímeros de C5. Um composto de C6 puro desse tipo é desejável para produzir produtos finais particulares como, por exemplo, bioplásticos, e para suplementar a fermentação de amido em etanol e outros biocombustíveis.
[00128] Em alguns casos, uma biomassa ou matéria-prima como fornecida nesse relatório descritivo é submetida ao pré-tratamento com o uso de um dispositivo como fornecido nesse relatório descritivo de modo que os açúcares (sacarídeos) produzidos pelo pré-tratamento sejam separados e recuperados para um produto final como fornecido nesse relatório descritivo. Os açúcares separados e recuperados podem ser usados sem uma etapa de hidrólise. Os açúcares separados e recuperados podem ser monossacarídeos ou oligômeros de sacarídeo ou uma combinação destes. Os açúcares (por exemplo, monossacarídeos e/ou oligômeros) podem ser sacarídeos C5 e/ou C6 ou uma combinação destes. Em alguns casos, a biomassa submetida ao pré-tratamento para a produção de oligômeros de sacarídeo consiste em fibra de milho. Os oligômeros de sacarídeo produzidos pela fibra de milho podem ser oligômeros de C5. Em uma modalidade, o pré-tratamento de biomassa ou matéria-prima como fornecida nesse relatório descritivo produz uma concentração de matéria-prima pré- tratada de oligômeros solúveis na matéria-prima pré-tratada que é de 1%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% ou 99%. Exemplos de oligômeros solúveis incluem, sem limitação, celobiose e xilobiose. Em uma modalidade, os parâmetros do pré- tratamento produzem uma concentração de oligômeros solúveis na matéria-prima pré-tratada que é de 30% a 90%. Em uma modalidade, os parâmetros do pré-tratamento são tais que a concentração de oligômeros solúveis na matéria-prima pré- tratada é de 45% a 80%. Hidrólise enzimática
[00129] Em uma modalidade, o tratamento com enzima é usado para hidrolisar vários sacarídeos maiores (peso molecular maior) presentes na biomassa para reduzir sacarídeos (peso molecular menor), por exemplo, em preparação para fermentação por biocatalisadores como, por exemplo, leveduras, para produzir etanol, hidrogênio ou outras substâncias químicas como, por exemplo, ácidos orgânicos, incluindo ácido succínico, ácido fórmico, ácido acético e ácido lático. Essas enzimas e/ou o hidrolisado podem ser usados em fermentações para produzir vários produtos, incluindo combustíveis, e outras substâncias químicas.
[00130] Em um exemplo, o processo para a conversão de material de biomassa em etanol inclui o pré-tratamento do material de biomassa (por exemplo, “matéria-prima”), a hidrólise da biomassa pré-tratada para converter polissacarídeos em oligossacarídeos, hidrólise adicional dos oligossacarídeos em monossacarídeos, e conversão dos monossacarídeos em biocombustíveis e produtos químicos. Enzimas como, por exemplo, celulases, polissacarases, lipases, proteases, ligninases e hemicelulases, que ajudam a produzir os monossacarídeos, podem ser usadas na biossíntese de produtos de fermentação finais. O material de biomassa que pode ser utilizado inclui matéria vegetal lenhosa, matéria vegetal não lenhosa, material celulósico, material lignocelulósico, material hemicelulósico, carboidratos, pectina, amido, inulina, frutanos, glicanos, milho, algas, cana de açúcar, outras gramas, capim-elefante, bagaço, palha de trigo, palha de cevada, palha de arroz, espigas de milho, bambu, cascas de cítricos, sorgo, sorgo com alto teor de biomassa, cascas de sementes, e material derivado desses. O produto final pode então ser separado e/ou purificado, como indicado pelas propriedades para o produto final desejado. Em alguns casos, compostos relacionados aos açúcares como, por exemplo, álcoois de açúcar ou ácidos de açúcar, também podem ser utilizados.
[00131] As substâncias químicas usadas nos métodos da presente invenção são facilmente disponíveis e podem ser adquiridas de um fornecedor comercial, por exemplo, Sigma- Aldrich. Adicionalmente, coquetéis de enzimas comerciais (por exemplo, Accellerase™ 1000, CelluSeb-TL, CelluSeb-TS, Cellic™, CTec, STARGEN™, Maxalig™, Spezyme R™, Distillase R™, G-Zyme R™, Fermenzyme R™, Fermgen™, GC 212, ou Optimash™) ou qualquer outro coquetel de enzimas comercial pode ser adquirido de vendedores como, por exemplo, Specialty Enzymes & Biochemicals Co., Genencor ou Novozymes. Alternativamente, coquetéis de enzimas podem ser preparados por crescimento de um ou mais organismos como, por exemplo, um fungo (por exemplo, um Trichoderma, um Saccharomyces, um Pichia, um fungo de decomposição branca etc.), bactérias (por exemplo, um Clostridium, ou uma bactéria coliforme, uma bactéria Zymomonas, Sacharophagus degradans etc.) em um meio adequado e a colheita das enzimas por eles produzida. Em algumas modalidades, a colheita pode incluir uma ou mais etapas de purificação de enzimas.
[00132] Em uma modalidade, o tratamento de biomassa após pré-tratamento da biomassa com o uso dos métodos e dispositivos fornecidos nesse relatório descritivo compreende hidrólise enzimática. Em uma modalidade, uma biomassa após pré-tratamento como fornecido nesse relatório descritivo é tratada com uma enzima ou uma mistura de enzimas, por exemplo, endonucleases, exonucleases, celobiohidrolases, celulase, beta-glicosidases, glicosídeo hidrolases, glicosiltransferases, liases, esterases e proteínas que contém módulos de ligação a carboidratos. Em uma modalidade, a enzima ou mistura de enzimas é uma ou mais enzimas individuais com atividades distintas. Em outra modalidade, a enzima ou mistura de enzimas pode consistir em domínios de enzima com uma atividade catalítica particular. Por exemplo, uma enzima com múltiplas atividades pode ter múltiplos domínios de enzima incluindo, por exemplo, domínios catalíticos de glicosídeo hidrolases, glicosiltransferases, liases e/ou esterases.
[00133] Em uma modalidade, enzimas que degradam polissacarídeos são usadas para a hidrólise de biomassa e podem incluir enzimas que degradam celulose, especificamente, celulases. Exemplos de algumas celulases incluem endocelulases e exo-celulases que hidrolisam ligações beta-1,4-glicosídicas.
[00134] Em uma modalidade, enzimas que degradam polissacarídeos são usadas para a hidrólise de biomassa e podem incluir enzimas que possuem a habilidade para degradar hemicelulose, especificamente, hemicelulases. Hemicelulose pode ser um componente importante de biomassa de planta e pode conter uma mistura de pentoses e hexoses, por exemplo, D-xilopiranose, L-arabinofuranose, D-manopiranose, D- glicopiranose, D-galactopiranose, ácido D- glicopiranosilurônico e outros açúcares. Em uma modalidade, enzimas que degradam polissacarídeos são usadas para a hidrólise de biomassa e podem incluir enzimas que possuem a habilidade para degradar pectina, especificamente, pectinases. Em paredes celulares de plantas, a trama reticulada de celulose pode ser embebida em uma matriz de pectinas que podem ser reticuladas covalentemente em xiloglicanos e certas proteínas estruturais. Pectina pode compreender homogalacturonana (HG) ou ramnogalacturonana (RH).
[00135] Em uma modalidade, a hidrólise de biomassa inclui enzimas que podem hidrolisar amido. Enzimas que hidrolisam amido incluem alfa-amilase, glicoamilase, beta-amilase, exo- alfa-1,4-glicanase, e pululanase.
[00136] Em uma modalidade, a hidrólise de biomassa compreende hidrolases que podem incluir enzimas que hidrolisam quitina, especificamente, quitinase. Em outra modalidade, hidrolases podem incluir enzimas que hidrolisam líquen, especificamente, liquenase.
[00137] Em uma modalidade, mais de uma dessas etapas podem ocorrer em certo tempo. Por exemplo, as hidrólises da matéria-prima pré-tratada e a hidrólise dos oligossacarídeos podem ocorrer simultaneamente, e uma ou mais dessas podem ocorrer simultaneamente à conversão de monossacarídeos em um combustível ou substância química.
[00138] Em outra modalidade, uma enzima pode converter diretamente o polissacarídeo em monossacarídeos. Em alguns casos, uma enzima pode hidrolisar o polissacarídeo em oligossacarídeos e a enzima ou outra enzima pode hidrolisar oligossacarídeos em monossacarídeos.
[00139] Em outra modalidade, as enzimas podem ser adicionadas à fermentação ou elas podem ser produzidas por microorganismos presentes na fermentação. Em uma modalidade, o microorganismo presente na fermentação produz algumas enzimas. Em outra modalidade, as enzimas são produzidas separadamente e adicionadas à fermentação.
[00140] Para que a conversão global de biomassa pré- tratada em produto final ocorra em taxas altas, é geralmente necessário que cada uma das enzimas necessárias para cada etapa de conversão esteja presente com atividade suficientemente alta. Se uma dessas enzimas está ausente ou está presente em quantidades insuficientes, a taxa de produção de um produto final pode ser reduzida. A taxa de produção também pode ser reduzida se os microorganismos responsáveis pela conversão de monossacarídeos em produto só captam lentamente monossacarídeos e/ou possuem capacidade apenas limitada para a translocação dos monossacarídeos e intermediários produzidos durante a conversão em produto final. As adições de frações obtidas pelo pré-tratamento e/ou pré-tratamento e hidrólise podem aumentar as taxas de crescimento iniciais ou globais. Em outra modalidade, oligômeros são recolhidos lentamente por um biocatalisador, necessitando de uma conversão quase completa de polissacarídeos e oligômeros em açúcares monoméricos.
[00141] Em outra modalidade, as enzimas do método são produzidas por um biocatalisador, incluindo uma gama de enzimas hidrolíticas adequadas aos materiais de biomassa usados nos métodos de fermentação. Em uma modalidade, um biocatalisador é desenvolvido sob condições adequadas para induzir e/ou promover a produção das enzimas necessárias para a sacarificação do polissacarídeo presente. A produção dessas enzimas pode ocorrer em um vaso separado, por exemplo, um vaso de fermentação de sementes ou outro vaso de fermentação, ou no vaso de fermentação de produção onde a produção de etanol ocorre. Quando as enzimas são produzidas em um vaso separado, elas podem, por exemplo, ser transferidas para o vaso de fermentação de produção juntamente com as células, ou como uma solução líquida relativamente livre de células que contém o meio intercelular com as enzimas. Quando AS enzimas são produzidas em um vaso separado, elas também podem ser secas e/ou purificadas antes da sua adição à hidrólise ou ao vaso de fermentação de produção. As condições apropriadas para a produção das enzimas são frequentemente gerenciadas por crescimento das células em um meio que inclui a biomassa que supostamente as células hidrolisarão em etapas de fermentação subsequentes. Componentes adicionais do meio, por exemplo, suplementos de sais, fatores de crescimento, e co-fatores que incluem, sem limitação, fitato, aminoácidos, e peptídeos, também podem ajudar na produção das enzimas utilizadas pelo microorganismo na produção dos produtos desejados. Fermentação
[00142] A presente revelação também fornece uma mistura fermentativa que compreende: uma matéria-prima celulósica pré-tratada com uma substância alcalina ou ácida e em uma temperatura de cerca de 160°C até cerca de 210°C; subsequentemente hidrolisada com uma mistura de enzimas, e um microorganismo capaz de fermentar um açúcar de cinco carbonos e/ou um açúcar de seis carbonos. Em uma modalidade, o açúcar de cinco carbonos é xilose, arabinose, ou uma combinação destes. Em uma modalidade, o açúcar de seis carbonos é glicose, galactose, manose, ou uma combinação destes. Em uma modalidade, a substância alcalina é NaOH. Em algumas modalidades, NaOH é adicionado em uma concentração de cerca de 0,5% até cerca de 2% por peso da matéria-prima. Em uma modalidade, o ácido é igual ou menor do que HCl 2% ou H2SO4. Em uma modalidade, o microorganismo é uma cepa de Rhodococcus, uma cepa de Clostridium, uma cepa de Trichoderma, uma cepa de Saccharomyces, uma cepa de Zymomonas, ou outro microorganismo adequado para a fermentação de biomassa. Em outra modalidade, o processo de fermentação compreende fermentação da biomassa usando um microorganismo que é Clostridium phytofermentans, Clostridium algidixylanolyticum, Clostridium xylanolyticum, Clostridium cellulovorans, Clostridium cellulolyticum, Clostridium thermocellum, Clostridium josui, Clostridium papyrosolvens, Clostridium cellobioparum, Clostridium hungatei, Clostridium cellulosi, Clostridium stercorarium, Clostridium termitidis, Clostridium thermocopriae, Clostridium celerecrescens, Clostridium polysaccharolyticum, Clostridium populeti, Clostridium lentocellum, Clostridium chartatabidum, Clostridium aldrichii, Clostridium herbivorans, Acetivibrio cellulolyticus, Bacteroides cellulosolvens, Caldicellulosiruptor saccharolyticum, Rhodococcus opacus, Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Fibrobacter succinogenes, Eubacterium cellulosolvens, Butyrivibrio fibrisolvens, Anaerocellum thermophilum, Halocella cellulolytica, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Sacharophagus degradans ou Thermoanaerobacterium saccharolyticum. Ainda em outra modalidade, o microorganismo é geneticamente modificado para aumentar a atividade de uma ou mais enzimas hidrolíticas, por exemplo, um Saccharomyces cerevisiae modificado geneticamente.
[00143] Em uma modalidade, um microorganismo do tipo selvagem ou aprimorado geneticamente pode ser usado para a produção química por fermentação. Métodos para produzir uma cepa aprimorada geneticamente podem incluir a modificação genética, fusão de protoplasto, mutagênese, e processos adaptivos, por exemplo, evolução dirigida. Por exemplo, leveduras podem ser modificadas geneticamente para fermentar açúcares C5. Outras leveduras úteis são espécies de Candida, Cryptococcus, Debaryomyces, Deddera, Hanseniaspora, Kluyveromyces, Pichia, Schizosaccharomyces e Zygosaccharomyces. Cepas de Rhodococcus, por exemplo, variantes de Rhodococcus opacus, são uma fonte de triacilgliceróis e outros lipídeos de armazenamento (veja, por exemplo, Waltermann, e cols., Microbiology 146: 1.1431.149 (2000)). Outros organismos úteis para fermentação incluem, sem limitação, leveduras, especialmente cepas de Saccaromyces e bactérias como, por exemplo, Clostridium phytofermentans, Thermoanaerobacter etanolicus, Clostridium thermocellum, Clostridium beijerinickii, Clostridium acetobutylicum, Clostridium tyrobutiricum, Clostridium thermobutiricum, Thermoanaerobacterium saccharolyticum, Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus, Clostridium acetobutylicum, Moorella ssp., Carboxydocella ssp., Zymomonas mobilis, E. Coli recombinante, Klebsiella oxytoca, Rhodococcus opacus e Clostridium beijerickii.
[00144] Uma vantagem das leveduras é sua habilidade para crescer sob condições que incluem concentração de etanol elevada, concentração de açúcar elevada, concentração de açúcar baixa e/ou operar sob condições anaeróbicas. Essas características, em várias combinações, podem ser usadas para obter operação com ciclos de fermentação longos ou curtos e podem ser usadas em combinação com fermentações em batelada, fermentações em batelada alimentada, fermentações de autossemeadura/de colheita parcial, e reciclagem de células da fermentação final como inóculo.
[00145] Em uma modalidade, a fermentação em batelada alimentada é realizada na biomassa pré-tratada e subsequentemente tratada para produzir um produto final de fermentação, por exemplo, álcool, etanol, ácido orgânico, ácido succínico, TAG ou hidrogênio. Em uma modalidade, o processo de fermentação compreende hidrólise e fermentação simultâneas (SSF) da biomassa usando um ou mais microorganismos como, por exemplo, uma cepa de Rhodococcus, uma cepa de Clostridium, uma cepa de Trichoderma, uma cepa de Saccharomyces, uma cepa de Zymomonas, ou outro microorganismo adequado para a fermentação de biomassa. Em outra modalidade, o processo de fermentação compreende hidrólise e fermentação simultâneas da biomassa usando um microorganismo que é Clostridium algidixylanolyticum, Clostridium xylanolyticum, Clostridium cellulovorans, Clostridium cellulolyticum, Clostridium thermocellum, Clostridium josui, Clostridium papyrosolvens, Clostridium cellobioparum, Clostridium hungatei, Clostridium cellulosi, Clostridium stercorarium, Clostridium termitidis, Clostridium thermocopriae, Clostridium celerecrescens, Clostridium polysaccharolyticum, Clostridium populeti, Clostridium lentocellum, Clostridium chartatabidum, Clostridium aldrichii, Clostridium herbivorans, Clostridium phytofermentans, Acetivibrio cellulolyticus, Bacteroides cellulosolvens, Caldicellulosiruptor saccharolyticum, Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Fibrobacter succinogenes, Eubacterium cellulosolvens, Butyrivibrio fibrisolvens, Anaerocellum thermophilum, Halocella cellulolytica, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Sacharophagus degradans ou Thermoanaerobacterium saccharolyticum.
[00146] Em uma modalidade, o processo de fermentação pode incluir hidrólise e fermentação separadas (SHF) de uma biomassa com uma ou mais enzimas, por exemplo, uma xilanases, endo-1,4-beta-xilanases, xilosidases, beta-D-xilosidases, celulases, hemicelulases, carboidrases, glicanases, endoglicanases, endo-1,4-beta-glicanases, exoglicanases, glicosidases, beta-D-glicosidases, amilases, celobiohidrolases, exocelobiohidrolases, fitases, proteases, peroxidase, pectato liases, galacturonases ou lacases. Em uma modalidade, uma ou mais enzimas usadas para tratar uma biomassa é termoestável. Em outra modalidade, uma biomassa é tratada com uma ou mais enzimas, por exemplo, aquelas fornecidas nesse relatório descritivo, antes da fermentação. Em outra modalidade, uma biomassa é tratada com uma ou mais enzimas, por exemplo, aquelas fornecidas nesse relatório descritivo, durante fermentação. Em outra modalidade, uma biomassa é tratada com uma ou mais enzimas, por exemplo, aquelas fornecidas nesse relatório descritivo, antes da fermentação e durante fermentação. Em outra modalidade, uma enzima usada para a hidrólise de uma biomassa é a mesma que aquelas adicionadas durante a fermentação. Em outra modalidade, uma enzima usada para a hidrólise de biomassa é diferente daquelas adicionadas durante a fermentação.
[00147] Em algumas modalidades, a fermentação pode ser realizada em um aparelho como, por exemplo, um biorreator, um vaso de fermentação, um reator de tanque agitado ou um reator de leito fluidificado. Em uma modalidade, a biomassa tratada pode ser suplementada com substâncias químicas adequadas para facilitar o crescimento robusto dos (um ou mais) organismos de fermentação. Em uma modalidade, um suplemento útil inclui, sem limitação, uma fonte de nitrogênio e/ou aminoácidos como, por exemplo, extrato de levedura, cisteína ou sais de amônio (por exemplo, nitrato, sulfato, fosfato etc.); uma fonte de carboidratos simples como, por exemplo, liquor de milhocina, e xarope de malte; uma fonte de vitaminas como, por exemplo, extrato de levedura; agentes de tamponamento como, por exemplo, sais (incluindo, sem limitação, sais de citrato, sais de fosfato, ou sais de carbonato); ou nutrientes minerais como, por exemplo, sais de magnésio, cálcio ou ferro. Em algumas modalidades, modificadores redox são adicionados à mistura de fermentação incluindo, sem limitação, cisteína ou mercaptoetanol.
[00148] Em uma modalidade, a titulação e/ou produtividade de produto final da produção de fermentação por um microorganismo é aumentada por cultivo do microorganismo em um meio que compreende um ou mais compostos que compreendem açúcares de hexose e/ou pentose. Em uma modalidade, um processo compreende conversão de um material de partida (por exemplo, uma biomassa) em um biocombustível, por exemplo, um ou mais álcoois. Em uma modalidade, os métodos da invenção compreendem o contato de substrato que compreende sacarídeos tanto de hexose (por exemplo, glicose, celobiose) quanto de pentose (por exemplo, xilose, arabinose) com um microorganismo que pode hidrolisar sacarídeos C5 e C6 para produzir etanol. Em outra modalidade, os métodos da invenção compreendem o contato de substrato que compreende sacarídeos tanto de hexose (por exemplo, glicose, celobiose) quanto de pentose (por exemplo, xilose, arabinose) com R. opacus para produzir TAG.
[00149] Em algumas modalidades da presente invenção, a fermentação em batelada com um microorganismo de uma mistura de sacarídeos de hexose e pentose com o uso dos métodos da presente invenção fornece taxas de captação de cerca de 0,18 g/l/h ou mais de hexose e cerca de 0,1-8 g/l/h ou mais de pentose (xilose, arabinose etc.). Em algumas modalidades da presente invenção, a fermentação em batelada com um microorganismo de uma mistura de sacarídeos de hexose e pentose com o uso dos métodos da presente invenção fornece taxas de captação de cerca de 0,1, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6 0,7, 0,8, 1, 2, 3, 4, 5, ou 6 g/l/h ou mais de hexose e cerca de 0,1, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6 0,7, 0,8, 1, 2, 3, 4, 5, ou 6 g/l/h ou mais de pentose.
[00150] Em uma modalidade, um método para a produção de etanol ou outro álcool produz cerca de 10 g/1 a 120 em 40 horas ou menos. Em outra modalidade, um método para a produção de etanol produz cerca de 10 g/1, 11 g/l, 12 g/l, 13 g/l, 14 g/l, 15 g/l, 16 g/l, 17 g/l, 18 g/l, 19 g/l, 20 g/l, 21 g/l, 22 g/l, 23 g/l, 24 g/l, 25 g/l, 26 g/l, 27 g/l, 28 g/l, 29 g/l, 30 g/l, 31 g/l, 32 g/l, 33 g/l, 34 g/l, 35 g/l, 36 g/l, 37 g/l, 38 g/l, 39 g/l, 40 g/l, 41 g/l, 42 g/l, 43 g/l, 44 g/l, 45 g/l, 46 g/l, 47 g/l, 48 g/l, 49 g/l, 50 g/l, 51 g/l, 52 g/l, 53 g/l, 54 g/l, 55 g/l, 56 g/l, 57 g/l, 58 g/l, 59 g/l, 60 g/l, 61 g/l, 62 g/l, 63 g/l, 64 g/l, 65 g/l, 66 g/l, 67 g/l, 68 g/l, 69 g/l, 70 g/l, 71 g/l, 72 g/l, 73 g/l, 74 g/l, 75 g/l, 76 g/l, 77 g/l, 78 g/l, 79 g/l, 80 g/l, 81 g/l, 82 g/l, 83 g/l, 84 g/l, 85 g/l, 86 g/l, 87 g/l, 88 g/l, 89 g/l, 90 g/l, 91 g/l, 92 g/l, 93 g/l, 94 g/l, 95 g/l, 96 g/l, 97 g/l, 98 g/l, 99 g/l, 100 g/l, 110 g/1, 120 g/1, ou mais de álcool em 40 horas pela fermentação de biomassa. Em outra modalidade, álcool é produzido por um método que compreende a fermentação simultânea de sacarídeos de hexose e pentose. Em outra modalidade, álcool é produzido por um microorganismo que compreende a fermentação simultânea de sacarídeos de hexose e pentose.
[00151] Em outra modalidade, o nível de um componente do meio é mantido em um nível desejado por adição de componente do meio adicional à medida que o componente é consumido ou captado pelo organismo. Exemplos de componentes do meio incluem, sem limitação, substrato de carbono, substrato de nitrogênio, vitaminas, minerais, fatores de crescimento, co- fatores e biocatalisadores. O componente do meio pode ser adicionado continuamente ou em intervalos regulares ou irregulares. Em uma modalidade, componente do meio adicional é adicionado antes da depleção completa do componente do meio no meio. Em uma modalidade, a depleção completa pode ser usada eficazmente, por exemplo, para iniciar vias metabólicas diferentes, para simplificar operações abaixo, ou também por outras razões. Em uma modalidade, é permitido que o nível do componente do meio varie por cerca de 10% em torno de um ponto médio, em uma modalidade, é permitido que varie por cerca de 30% em torno de um ponto médio e, em uma modalidade, é permitido que varie por 60% ou mais em torno de um ponto médio. Em uma modalidade, o nível do componente do meio é mantido permitindo-se que o componente do meio seja depletado até um nível apropriado, seguido por aumento do nível do componente do meio até outro nível apropriado. Em uma modalidade, um componente do meio, por exemplo, vitamina, é adicionado em dois pontos no tempo diferentes durante o processo de fermentação. Por exemplo, metade da uma quantidade total de vitamina é adicionada no começo da fermentação e a outra metade é adicionada no ponto médio da fermentação.
[00152] Em outra modalidade, o nível de nitrogênio é mantido em um nível desejado por adição de material que contém nitrogênio adicional à medida que nitrogênio é consumido ou captado pelo organismo. O material que contém nitrogênio pode ser adicionado continuamente ou em intervalos regulares ou irregulares. Níveis de nitrogênio úteis incluem níveis de cerca de 5 até cerca de 10 g/l. Em uma modalidade, níveis de cerca de 1 até cerca de 12 g/l também podem ser adequadamente empregados. Em outra modalidade níveis, por exemplo, cerca de 0,5, 0,1 g/l ou até mesmo menores, e níveis maiores, por exemplo, cerca de 20, 30 g/l ou até níveis mesmo maiores são usados. Em outra modalidade um nível de nitrogênio útil é cerca de 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 ou 30 g/l. Nitrogênio pode ser fornecido como um material simples que contém nitrogênio, por exemplo, compostos de amônio (por exemplo, sulfato de amônio, hidróxido de amônio, amônia, nitrato de amônio, ou qualquer outro composto ou mistura que contém uma porção amônio), compostos de nitrato ou nitrito (por exemplo, potássio, sódio, amônio, cálcio, ou outro composto ou mistura que contém uma porção nitrato ou nitrito), ou como um material que contém nitrogênio mais complexo, por exemplo, aminoácidos, proteínas, proteína hidrolisada, levedura hidrolisada, extrato de levedura, levedura seca de cervejaria, hidrolisados de levedura, grãos de destilaria, proteína de soja, proteína de soja hidrolisada, produtos de fermentação e pó de milhocina processado ou matéria vegetal ou animal rico em proteína não processado, incluindo aqueles derivados de feijão, sementes, soja, legumes, nozes, leite, porco, gado, mamíferos, peixes, bem como outras partes de plantas e outros tipos de animais. Materiais que contêm nitrogênio úteis em várias modalidades também incluem materiais que contêm um material que contém nitrogênio incluindo, sem limitação, misturas de um material que contém nitrogênio simples ou mais complexo misturado com uma fonte de carbono, outro material que contém nitrogênio, ou outros nutrientes ou não nutrientes e matéria vegetal tratada com AFEX.
[00153] Em outra modalidade, o nível de carbono é mantido em um nível desejado por adição de compostos de açúcar ou compostos de material que contém de açúcar (“material que contém açúcar”) à medida que o açúcar é consumido ou captado pelo organismo. O material que contém açúcar pode ser adicionado continuamente ou em intervalos regulares ou irregulares. Em uma modalidade, material que contém açúcar adicional é adicionado antes da depleção completa dos compostos de açúcar disponíveis no meio. Em uma modalidade, a depleção completa pode ser usada eficazmente, por exemplo, para iniciar vias metabólicas diferentes, para simplificar operações abaixo, ou também por outras razões. Em uma modalidade, é permitido que o nível de carbono (como medido pelas gramas de açúcar presentes no material que contém açúcar por litro de caldo) varie por cerca de 10% em torno de um ponto médio, em uma modalidade, é permitido que varie por cerca de 30% em torno de um ponto médio e, em uma modalidade, é permitido que varie por 60% ou mais em torno de um ponto médio. Em uma modalidade, o nível de carbono é mantido permitindo-se que o carbono seja depletado até um nível apropriado, seguido por aumento do nível de carbono até outro nível apropriado. Em algumas modalidades, o nível de carbono pode ser mantido em um nível de cerca de 5 até cerca de 120 g/l. No entanto, níveis de cerca de 30 até cerca de 100 g/l também podem ser adequadamente empregados, bem como níveis de cerca de 60 até cerca de 80 g/l. Em uma modalidade, o nível de carbono é mantido em mais do que 25 g/l para uma porção do cultivo. Em outra modalidade, o nível de carbono é mantido a cerca de 5 g/l, 6 g/l, 7 g/l, 8 g/l, 9 g/l, 10 g/l, 11 g/l, 12 g/l, 13 g/l, 14 g/l, 15 g/l, 16 g/l, 17 g/l, 18 g/l, 19 g/l, 20 g/l, 21 g/l, 22 g/l, 23 g/l, 24 g/l, 25 g/l, 26 g/l, 27 g/l, 28 g/l, 29 g/l, 30 g/l, 31 g/l, 32 g/l, 33 g/l, 34 g/l, 35 g/l, 36 g/l, 37 g/l, 38 g/l, 39 g/l, 40 g/l, 41 g/l, 42 g/l, 43 g/l, 44 g/l, 45 g/l, 46 g/l, 47 g/l, 48 g/l, 49 g/l, 50 g/l, 51 g/l, 52 g/l, 53 g/l, 54 g/l, 55 g/l, 56 g/l, 57 g/l, 58 g/l, 59 g/l, 60 g/l, 61 g/l, 62 g/l, 63 g/l, 64 g/l, 65 g/l, 66 g/l, 67 g/l, 68 g/l, 69 g/l, 70 g/l, 71 g/l, 72 g/l, 73 g/l, 74 g/l, 75 g/l, 76 g/l, 77 g/l, 78 g/l, 79 g/l, 80 g/l, 81 g/l, 82 g/l, 83 g/l, 84 g/l, 85 g/l, 86 g/l, 87 g/l, 88 g/l, 89 g/l, 90 g/l, 91 g/l, 92 g/l, 93 g/l, 94 g/l, 95 g/l, 96 g/l, 97 g/l, 98 g/l, 99 g/l, 100 g/l, 101 g/l, 102 g/l, 103 g/l, 104 g/l, 105 g/l, 106 g/l, 107 g/l, 108 g/l, 109 g/l, 110 g/l, 111 g/l, 112 g/l, 113 g/l, 114 g/l, 115 g/l, 116 g/l, 117 g/l, 118 g/l, 119 g/l, 120 g/l, 121 g/l, 122 g/l, 123 g/l, 124 g/l, 125 g/l, 126 g/l, 127 g/l, 128 g/l, 129 g/l, 130 g/l, 131 g/l, 132 g/l, 133 g/l, 134 g/l, 135 g/l, 136 g/l, 137 g/l, 138 g/l, 139 g/l, 140 g/l, 141 g/l, 142 g/l, 143 g/l, 144 g/l, 145 g/l, 146 g/l, 147 g/l, 148 g/l, 149 g/l ou 150 g/l.
[00154] O substrato de carbono, da mesma forma que o substrato de nitrogênio, é necessário para a produção de células e produção de enzima, mas, diferentemente do substrato de nitrogênio, ele serve como a matéria-prima para a produção de produtos finais. Frequentemente, mais substrato de carbono pode levar à produção maior de produtos finais. Em outra modalidade, pode ser vantajoso operar com o nível de carbono e o nível de nitrogênio relacionados entre eles por pelo menos uma porção do tempo de fermentação. Em uma modalidade, a proporção de carbono para nitrogênio é mantida dentro de uma faixa de cerca de 30:1 até cerca de 10:1. Em outra modalidade, a proporção de carbono/nitrogênio é mantida em cerca de 20:1 até cerca de 10:1 ou mais, preferivelmente em cerca de 15:1 até cerca de 10:1. Em outra modalidade, a proporção de carbono/nitrogênio é cerca de 30:1, 29:1, 28:1, 27:1, 26:1, 25:1, 24:1, 23:1, 22:1, 21:1, 20:1, 19:1, 18:1, 17:1, 16:1, 15:1, 14:1, 13:1, 12:1, 11:1, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, ou 1:1.
[00155] A manutenção da proporção de carbono e da proporção de nitrogênio dentro de faixas particulares pode resultar em benefícios para a operação como, por exemplo, a taxa de metabolismo de substrato de carbono, que depende da quantidade de substrato de carbono e da quantidade e atividade das enzimas presentes, sendo equilibrada com a taxa de produção de produto final. O equilíbrio da proporção de carbono para nitrogênio pode, por exemplo, facilitar a produção sustentada dessas enzimas, por exemplo, para substituir aquelas que perderam atividade.
[00156] Em outra modalidade, a quantidade e/ou momento da adição de carbono, nitrogênio ou de outro componente do meio pode ser relacionada com medições feitas durante a fermentação. Por exemplo, a quantidade de monossacarídeos presente, a quantidade de polissacarídeo insolúvel presente, a atividade de polissacarase, a quantidade de produto presente, a quantidade de material celular (por exemplo, volume compactado de células, peso seco de células etc.) e/ou a quantidade de nitrogênio (por exemplo, nitrato, nitrito, amônia, uréia, proteínas, aminoácidos etc.) presente podem ser medidas. A concentração da espécie particular, a quantidade total da espécie presente no fermentador, o número de horas que a fermentação vem sendo executada, e o volume do fermentador podem ser considerados. Em várias modalidades, essas medições podem ser comparadas umas com as outras e/ou podem ser comparadas com medições prévias do mesmo parâmetro previamente feitas na mesma fermentação ou outra fermentação. Ajustes da quantidade de um componente do meio podem ser obtidos por alteração da taxa de fluxo de um composto que contém aquele componente ou por alteração da frequência das adições para aquele componente. Por exemplo, a quantidade de sacarídeo pode ser aumentada quando a produção de células aumenta mais rápido do que a produção de produto final. Em outra modalidade, a quantidade de nitrogênio pode ser aumentada quando o nível de atividade da enzima diminui.
[00157] Em outra modalidade, pode ser empregada operação em batelada alimentada, em que componentes do meio e/ou células frescas são adicionados durante a fermentação sem remoção de uma porção do caldo para colheita antes do final da fermentação. Em uma modalidade, um processo em batelada alimentada se baseia na alimentação de um meio nutriente limitante do crescimento a uma cultura de microorganismos. Em uma modalidade, o meio de alimentação é altamente concentrado para evitar diluição do biorreator. Em outra modalidade, a adição controlada do nutriente afeta diretamente a taxa de crescimento da cultura e evita excesso de metabolismo como, por exemplo, a formação de metabólitos colaterais. Em uma modalidade, o nutriente limitante do crescimento é uma fonte de nitrogênio ou uma fonte de sacarídeo.
[00158] Em várias modalidades, componentes do meio particulares podem ter efeitos benéficos sobre o desempenho da fermentação, por exemplo, o aumento da titulação de produtos desejado, ou o aumento da taxa em que os produtos desejados são produzidos. Compostos específicos podem ser fornecidos como um ingrediente puro específico, por exemplo, um aminoácido particular, ou ele pode ser fornecido como um componente de um ingrediente mais complexo, por exemplo, a utilização de um produto microbiano, de planta ou animal como um ingrediente do meio para fornecer um aminoácido, promotor, co-fator ou outro composto benéfico particular. Em alguns casos, o composto particular fornecido no ingrediente do meio pode ser combinado com outros compostos pelo organismo resultando em um composto benéfico para a fermentação. Um exemplo dessa situação seria quando um ingrediente do meio fornece um aminoácido específico que o organismo usa para produzir uma enzima benéfica para a fermentação. Outros exemplos podem incluir componentes do meio que são usados para gerar promotores de crescimento ou de produto etc. Nesses casos, pode ser possível obter um resultado benéfico para a fermentação por suplementação da enzima, promotor, fator de crescimento etc. ou por adição do precursor. Em algumas situações, o mecanismo específico pelo qual o componente do meio beneficia a fermentação não é conhecido, apenas que um resultado benéfico é obtido.
[00159] Em uma modalidade, uma fermentação para produzir um combustível é realizada por cultivo de biocatalisador de uma cepa de R. opacus em um meio que possui um suplemento de componente de lignina e uma concentração de uma ou mais fontes de carbono. A produção de produto final resultante, por exemplo, TAG, pode ser de até 1 vez, 2 vezes, 3 vezes, 4 vezes, 5 vezes, 6 vezes, 7 vezes, 8 vezes, 9 vezes e, em alguns casos, até 10 vezes e maior em produtividade volumétrica do que um processo que usa somente a adição de uma fonte de sacarídeo relativamente pura, e pode obter uma eficiência de conversão de carbono que se aproxima do máximo teórico. O máximo teórico pode variar com o substrato e produto. Por exemplo, a eficiência máxima geralmente aceita para conversão de glicose em etanol é de 0,51 g de etanol/g de glicose. Em uma modalidade, um biocatalisador pode produzir cerca de 40-100% de um rendimento teórico máximo de etanol. Em outra modalidade, um biocatalisador pode produzir até cerca de 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% e até mesmo 100% do rendimento teórico máximo de etanol. Em uma modalidade, um biocatalisador pode produzir até cerca de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 9999% ou 100% de um rendimento teórico máximo de um combustível. Pode ser possível obter um resultado benéfico para a fermentação por suplementação do meio com um pré- tratamento ou componente de hidrólise. Em algumas situações, o mecanismo específico pelo qual o componente do meio beneficia a fermentação não é conhecido, apenas que um resultado benéfico é obtido.
[00160] Várias modalidades oferecem benefícios em relação ao aumento da titulação e/ou da produtividade de produção de produto final por fermentação por um biocatalisador por cultivo do organismo em um meio que compreende um ou mais compostos que compreendem porções de ácidos graxos particulares e/ou cultivo do organismo sob condições de pH controlado.
[00161] Em uma modalidade, o pH do meio é controlado em menos do que cerca de pH 7,2 por pelo menos uma porção da fermentação. Em uma modalidade, o pH é controlado dentro de uma faixa de cerca de pH 3,0 até cerca de 7,1 ou cerca de pH 4,5 até cerca de 7,1, ou cerca de pH 5,0 até cerca de 6,3, ou cerca de pH 5,5 até cerca de 6,3, ou cerca de pH 6,0 até cerca de 6,5, ou cerca de pH 5,5 até cerca de 6,9 ou cerca de pH 6,2 até cerca de 6,7. O pH pode ser controlado pela adição de um modificador de pH. Em uma modalidade, um modificador de pH é um ácido, uma base, um tampão, ou um material que reage com outros materiais presentes para servir para elevar ou reduzir o pH. Em uma modalidade, mais de um modificador de pH pode ser usado, por exemplo, mais de um ácido, mais de uma base, um ou mais ácidos com uma ou mais bases, um ou mais ácidos com um ou mais tampões, uma ou mais bases com um ou mais tampões, ou um ou mais ácidos com uma ou mais bases com um ou mais tampões. Quando mais de um modificador de pH é utilizado, eles podem ser adicionados ao mesmo tempo ou em tempos diferentes. Em uma modalidade, um ou mais ácidos e uma ou mais bases podem ser combinados, resultando em um tampão. Em uma modalidade, componentes de meios, por exemplo, uma fonte de carbono ou uma fonte de nitrogênio, também podem servir como um modificador de pH; componentes de meios adequados incluem aqueles com pH alto ou baixo ou aqueles com capacidade de tamponamento. Componentes de meios exemplares incluem polissacarídeos de plantas hidrolisados com ácido ou base que possuem ácido ou base residual, material de planta tratado com AFEX com amônia residual, ácido lático, sólidos ou liquor de milhocina.
[00162] Em uma modalidade, um pH constante pode ser utilizado por toda a fermentação. Em uma modalidade, o momento e/ou a quantidade de redução de pH podem ser relacionados com as condições de crescimento das células, por exemplo, em relação à contagem de células, ao produto final produzido, ao produto final presente, ou a taxa de produção de produto final. Em uma modalidade, a redução de pH pode ser feita em relação às propriedades físicas ou químicas da fermentação, por exemplo, viscosidade, composição do meio, produção de gás, composição do gás liberado etc. Recuperação de produtos fermentativos finais
[00163] Em outro aspecto, são fornecidos métodos para a recuperação dos produtos fermentativos finais, por exemplo, um álcool (por exemplo, etanol, propanol, metanol, butanol etc.), outro biocombustível ou produto químico. Em uma modalidade, o caldo será colhido em algum ponto durante a fermentação, e produto ou produtos fermentativos finais serão recuperados. O caldo com produto final a ser recuperado incluirá tanto produto final quanto impurezas. As impurezas incluem materiais como, por exemplo, água, corpos de células, restos celulares, substrato de carbono em excesso, substrato de nitrogênio em excesso, outros nutrientes restantes, outros metabólitos e outros componentes do meio ou componentes do meio digeridos. Durante a evolução do processamento do caldo, o caldo pode ser aquecido e/ou reagido com vários reagentes, resultando em impurezas adicionais no caldo.
[00164] Em uma modalidade, as etapas de processamento para recuperar produto final frequentemente incluem várias etapas de separação incluindo, por exemplo, destilação de material de álcool em uma concentração elevada de um material que contém álcool menos puro. Em uma modalidade, o material de etanol em concentração elevada pode ainda ser concentrado para obter álcool em concentração muito elevada, por exemplo, 98% ou 99% ou 99,5% (peso) ou até mesmo maior. Outras etapas de separação, por exemplo, filtração, centrifugação, extração, adsorção etc., também podem ser uma parte de alguns processos de recuperação para álcool como um produto ou biocombustível, ou outros biocombustíveis ou produtos químicos.
[00165] Em uma modalidade, um processo pode ser escalonado para produzir biocombustíveis comercialmente úteis. Em outra modalidade, um biocatalisador é usado para produzir um álcool, por exemplo, etanol, butanol, propanol, metanol, ou um combustível como, por exemplo, hidrocarbonetos hidrogênio, TAG, e compostos hidróxi. Em outra modalidade, um biocatalisador é usado para produzir um composto de carbonil como, por exemplo, um aldeído ou cetona (por exemplo, acetona, formaldeído, 1-propanal etc.), um ácido orgânico, um derivado de um ácido orgânico como, por exemplo, um éster (por exemplo, éster de cera, glicerídeo etc.), 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, ácido lático, ácido fórmico, ácido acético, ácido succínico, ácido pirúvico, ou uma enzima como, por exemplo, uma celulase, polissacarase, lipases, protease, ligninase e hemicelulase.
[00166] A biossíntese de TAG está amplamente distribuída na natureza e a ocorrência de TAG como compostos de reserva está espalhada entre plantas, animais, leveduras e fungos. Em contraste, no entanto, TAGs não eram considerados como compostos de armazenamento comuns em bactérias. A biossíntese e o acúmulo de TAGs foram descritos apenas para poucas bactérias que pertencem ao grupo dos actinomicetos, por exemplo, os gêneros de Streptomyces, Nocardia, Rhodococcus, Mycobacterium, Dietzia e Gordonia e, em menor grau, também em poucas outras bactérias, por exemplo, Acinetobacter baylyi e Alcanivorax borkumensis. Desde o meio dos anos 90, a produção de TAG em cepas que degradam hidrocarbonetos daqueles gêneros foi frequentemente relatada. TAGs são armazenados em corpos lipídicos esféricos como inclusões intracelulares, com as quantidades dependendo das respectivas espécies, condições de cultura e fase de crescimento. Comumente, o fator importante para a produção de TAGs é a quantidade de nitrogênio que é fornecida ao meio de cultura. O excesso de carbono, que está disponível à cultura após exaustão de nitrogênio, continua a ser assimilado pelas células e, em virtude de bactérias oleaginosas que possuem as enzimas necessárias, é convertido diretamente em lipídeo. As composições e estruturas de moléculas de TAG bacteriano variam consideravelmente dependendo da bactéria e das condições de cultura, especialmente das fontes de carbono. Veja, Brigham C.J., e cols. (2011) J. Microbial Biochem. Technol. S3: 002.
[00167] Em uma modalidade, substâncias bioquímicas úteis podem ser produzidas por biomassa de planta não alimentícia, com uma técnica de extração de vapor ou água quente que é realizada pelo contato de uma carga de material de biomassa de planta não alimentícia pré-tratada como, por exemplo, forragem de milho ou sorgo com água e/ou ácido (com ou sem compostos ou materiais adicionais que aumentam o processo), em um vaso pressurizado em uma temperatura elevada de até cerca de 160 -220°C e em um pH abaixo de cerca de 7,0, para gerar uma mistura aquosa (solução de extrato) de açúcares úteis, incluindo sacarídeos (açúcares) de cadeia longa, ácido acético e lignina deixando, ao mesmo tempo, a porção estrutural (celulose e lignina) do material lignocelulósico em grande parte intacta. Em combinação, essas substâncias químicas inibidoras potenciais, especialmente produtos da degradação de açúcar, estão baixas, e também são recuperados os nutrientes derivados de plantas que são componentes à base de lignocelulose de ocorrência natural que são benéficos para um organismo de fermentação de C5 e C6. Visando esse objetivo, o extrato aquoso é concentrado (por centrifugação, filtração, extração de solvente, floculação, evaporação), por produção de uma corrente de açúcar concentrada, além de outros açúcares derivados de hemicelulose (rica em C5) e celulósicos (ricos em C6) que são canalizados em um jato fermentável.
[00168] Em outra modalidade, após hidrólise por enzima/ácido, compostos químicos adicionais que são liberados são recuperados com a corrente de açúcar, resultando em uma solução de açúcar de cadeia curta que contém xilose, manose, arabinose, ramnose, galactose e glicose (açúcares de 5 e 6 carbonos). A corrente de açúcar, agora significantemente rica em substâncias de C5 e C6, pode ser convertida por fermentação microbiana ou catálise química em produtos como, por exemplo, triacilglicerol ou TAG, e adicionalmente refinadas para produzir jato rico em JP8 ou combustíveis de aviação. Se a correção da percentagem de açúcar C5 não foi realizada, ela pode ser realizada antes da fermentação para atender à combinação desejada de açúcares C5 e C6 para o organismo de fermentação e produto final correspondente. MODALIDADES ESPECÍFICAS
[00169] Diversos métodos e sistemas são revelados nesse relatório descritivo. Modalidades exemplares específicas desses métodos e sistemas são reveladas abaixo.
[00170] Modalidade 1. Um método em escala industrial para o tratamento de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia, o método que compreende: (a) alimentação da biomassa em uma taxa de pelo menos uma tonelada métrica seca (MT) de biomassa por dia em um sistema de extrusão que compreende um barril que define uma câmara interna que compreende uma zona alimentadora e uma zona de reação; e (b) tratamento da biomassa em uma temperatura e pressão elevadas dentro da zona de reação por menos do que cerca de 20 segundos para produzir uma composição de biomassa pré-tratada que compreende uma fração líquida que compreende monossacarídeos e partículas sólidas que compreendem celulose.
[00171] Modalidade 2. O método da modalidade 1, em que o sistema de extrusão compreende ainda um ou mais parafusos giratórios configurados para mover a biomassa através do sistema de extrusão pela zona alimentadora e através da zona de reação.
[00172] Modalidade 3. O método da modalidade 2, em que os (um ou mais) parafusos giratórios compreendem uma ou mais seções que são configuradas para formar um ou mais plugues pela biomassa para separar a câmara interna em duas ou mais zonas, incluindo a zona alimentadora e a zona de reação.
[00173] Modalidade 4. O método de qualquer uma das modalidades 2-3, que compreende um, dois ou três parafusos giratórios.
[00174] Modalidade 5. O método da modalidade 4, que compreende dois parafusos giratórios.
[00175] Modalidade 6. O método de qualquer uma das modalidades 1-5, em que a taxa de alimentação de biomassa é pelo menos cerca de 2 MT seca/dia, 3 MT seca/dia, 4 MT seca/dia, 5 MT seca/dia, 7,5 MT seca/dia, 10 MT seca/dia, 15 MT seca/dia, 20 MT seca/dia, 25 MT seca/dia, 50 MT seca/dia, 75 MT seca/dia, 100 MT seca/dia, 150 MT seca/dia ou 200 MT seca/dia.
[00176] Modalidade 7. O método de qualquer uma das modalidades 1-5, em que o sistema de extrusão compreende ainda uma canaleta conectada a um acesso de entrada em uma primeira extremidade do barril para alimentação da biomassa na zona alimentadora.
[00177] Modalidade 8. O método da modalidade 7, em que a canaleta compreende ainda um alimentador configurado para mover a biomassa da canaleta através do acesso de entrada.
[00178] Modalidade 9. O método da modalidade 8, em que o alimentador é uma verruma de liberação configurada para distribuir a biomassa igualmente na zona alimentadora.
[00179] Modalidade 10. O método de qualquer uma das modalidades 1-9, que compreende ainda a adição de um líquido à biomassa antes da zona de reação.
[00180] Modalidade 11. O método da modalidade 10, em que o líquido é água.
[00181] Modalidade 12. O método da modalidade 10 ou 11, em que o líquido é adicionado através de um acesso vedável localizado na canaleta.
[00182] Modalidade 13. O método de qualquer uma das modalidades 10-12, em que o líquido é adicionado na zona alimentadora por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril.
[00183] Modalidade 14. O método de qualquer uma das modalidades 10-13, em que o líquido é adicionado para aumentar o teor de umidade da biomassa até cerca de: 10-90%, 15-85%, 20-80%, 30-70%, ou cerca de 40-60% p/v.
[00184] Modalidade 15. O método de qualquer uma das modalidades 1-14, em que a biomassa é tratada por menos do que 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos na zona de reação.
[00185] Modalidade 16. O método de qualquer uma das modalidades 1-14, em que a biomassa é tratada por cerca de: 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos na zona de reação.
[00186] Modalidade 17. O método de qualquer uma das modalidades 1-14, em que a biomassa é tratada por cerca de 5 a 15 segundos na zona de reação.
[00187] Modalidade 18. O método de qualquer uma das modalidades 1-14, em que a biomassa é tratada por cerca de 10 segundos na zona de reação.
[00188] Modalidade 19. O método de qualquer uma das modalidades 1-18, em que a temperatura elevada é cerca de: 50-500°C, 75-400°C, 100-350°C, 150-300°C ou 200-250°C.
[00189] Modalidade 20. O método de qualquer uma das modalidades 1-18, em que a temperatura elevada é cerca de 150-300°C.
[00190] Modalidade 21. O método de qualquer uma das modalidades 1-18, em que a temperatura elevada é cerca de 200-250°C.
[00191] Modalidade 22. O método de qualquer uma das modalidades 1-21, em que a pressão elevada é cerca de: 344,73-6.894,75 kPa, 689,47-5.171,06 kPa, 1.378,95-4.136,85 kPa, 2.068,42-3.447,37 kPa ou 2.413,16-3.102,64 kPa.
[00192] Modalidade 23. O método de qualquer uma das modalidades 1-21, em que a pressão elevada é cerca de 2.068,42-3.447,37 kPa.
[00193] Modalidade 24. O método de qualquer uma das modalidades 1-21, em que a pressão elevada é cerca de 2.413,16-3.102,64 kPa.
[00194] Modalidade 25. O método de qualquer uma das modalidades 1-24, que compreende ainda a injeção de vapor na biomassa para aumentar a temperatura e a pressão.
[00195] Modalidade 26. O método da modalidade 25, em que o vapor é injetado na zona de reação.
[00196] Modalidade 27. O método da modalidade 25 ou 26, em que o vapor é injetado por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril.
[00197] Modalidade 28. O método de qualquer uma das modalidades 1-27, em que o sistema de extrusão compreende ainda uma camisa aquecida.
[00198] Modalidade 29. O método de qualquer uma das modalidades 1-28, que compreende ainda a adição de um agente químico à biomassa na zona de reação.
[00199] Modalidade 30. O método da modalidade 29, em que o agente químico compreende um ácido, uma base, ou uma combinação destes.
[00200] Modalidade 31. O método da modalidade 30, em que o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico, ácido peroxiacético, ácido lático, ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido cloroacético, ácido dicloroacético, ácido tricloroacético, ácido trifluoracético, ácido oxálico, ácido benzóico, ou uma combinação destes.
[00201] Modalidade 32. O método da modalidade 30, em que o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico.
[00202] Modalidade 33. O método da modalidade 30, em que o agente químico compreende a base que é hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, hidróxido de potássio, amônia, hidróxido de amônia, peróxido de hidrogênio ou uma combinação destes.
[00203] Modalidade 34. O método de qualquer uma das modalidades 29-33, em que o agente químico é adicionado até um nível de cerca de: 0,1-20% p/v, 1-15% p/v, 1,5-10% p/v, 1-10% p/v, 1-5% p/v ou 2-4% p/v.
[00204] Modalidade 35. O método de qualquer uma das modalidades 29-33, em que o agente químico é adicionado até um nível de cerca de 2-4% p/v.
[00205] Modalidade 36. O método de qualquer uma das modalidades 29-33, em que o agente químico é adicionado até um nível de cerca de 2% p/v.
[00206] Modalidade 37. O método de qualquer uma das modalidades 29-33, em que o agente químico é adicionado até um nível de cerca de 4% p/v.
[00207] Modalidade 38. O método de qualquer uma das modalidades 1-37, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% ou 99%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00208] Modalidade 39. O método de qualquer uma das modalidades 1-37, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 50%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00209] Modalidade 40. O método de qualquer uma das modalidades 1-37, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 70%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00210] Modalidade 41. O método de qualquer uma das modalidades 1-37, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 85%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00211] Modalidade 42. O método de qualquer uma das modalidades 1-41, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% ou 5%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00212] Modalidade 43. O método de qualquer uma das modalidades 1-41, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C6 em um rendimento de menos do que 45%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00213] Modalidade 44. O método de qualquer uma das modalidades 1-41, em que a fração líquida compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 35%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00214] Modalidade 45. O método de qualquer uma das modalidades 1-42, em que as partículas sólidas possuem uma faixa de tamanho de cerca de: 1-500 μm, 1-250 μm, 1-200 μm ou 1-150 μm.
[00215] Modalidade 46. O método de qualquer uma das modalidades 1-42, em que as partículas sólidas possuem uma faixa de tamanho de cerca de 1-150 μm.
[00216] Modalidade 47. O método de qualquer uma das modalidades 1-46, em que as partículas sólidas possuem um tamanho médio de cerca de: 1-50 μm, 5-40 μm, 10-30 μm ou 1525 μm.
[00217] Modalidade 48. O método de qualquer uma das modalidades 1-46, em que as partículas sólidas possuem um tamanho médio de cerca de 15-25 μm.
[00218] Modalidade 49. O método de qualquer uma das modalidades 1-48, em que o método produz níveis baixos de um ou mais compostos inibidores.
[00219] Modalidade 50. O método da modalidade 49, em que os (um ou mais) compostos inibidores compreendem ácido fórmico, ácido acético, hidroximetil furfural (HMF), furfural, ou uma combinação destes.
[00220] Modalidade 51. O método de qualquer uma das modalidades 1-50, em que menos do que 30, 25, 20, 15, 10 ou 5 kg de ácido fórmico são produzidos por MT de biomassa seca.
[00221] Modalidade 52. O método de qualquer uma das modalidades 1-50, em que menos do que 30 kg de ácido fórmico são produzidos por MT de biomassa seca.
[00222] Modalidade 53. O método de qualquer uma das modalidades 1-50, em que menos do que 15 kg de ácido fórmico são produzidos por MT de biomassa seca.
[00223] Modalidade 54. O método de qualquer uma das modalidades 1-50, em que menos do que 10 kg de ácido fórmico são produzidos por MT de biomassa seca.
[00224] Modalidade 55. O método de qualquer uma das modalidades 1-54, em que menos do que 100, 80, 60, 50, 40, 30, 25, 20, 15, 10 ou 5 kg de ácido acético são produzidos por MT de biomassa seca.
[00225] Modalidade 56. O método de qualquer uma das modalidades 1-54, em que menos do que 60 kg de ácido acético são produzidos por MT de biomassa seca.
[00226] Modalidade 57. O método de qualquer uma das modalidades 1-54, em que menos do que 40 kg de ácido acético são produzidos por MT de biomassa seca.
[00227] Modalidade 58. O método de qualquer uma das modalidades 1-54, em que menos do que 15 kg de ácido acético são produzidos por MT de biomassa seca.
[00228] Modalidade 59. O método de qualquer uma das modalidades 1-58, em que menos do que 20, 15, 10, 7,5, 5, 4, 3, 2 ou 1 kg de hidroximetil furfural (HMF) são produzidos por MT de biomassa seca.
[00229] Modalidade 60. O método de qualquer uma das modalidades 1-58, em que menos do que 5 kg de hidroximetil furfural (HMF) são produzidos por MT de biomassa seca.
[00230] Modalidade 61. O método de qualquer uma das modalidades 1-58, em que menos do que 3 kg de hidroximetil furfural (HMF) são produzidos por MT de biomassa seca.
[00231] Modalidade 62. O método de qualquer uma das modalidades 1-58, em que menos do que 2 kg de hidroximetil furfural (HMF) são produzidos por MT de biomassa seca.
[00232] Modalidade 63. O método de qualquer uma das modalidades 1-62, em que menos do que 20, 15, 10, 7,5, 5, 4, 3, 2 ou 1 kg de furfural são produzidos por MT de biomassa seca.
[00233] Modalidade 64. O método de qualquer uma das modalidades 1-62, em que menos do que 7,5 kg de furfural são produzidos por MT de biomassa seca.
[00234] Modalidade 65. O método de qualquer uma das modalidades 1-62, em que menos do que 5 kg de furfural são produzidos por MT de biomassa seca.
[00235] Modalidade 66. O método de qualquer uma das modalidades 1-65, em que o sistema de extrusão compreende ainda uma válvula de descarga atuada por pressão.
[00236] Modalidade 67. O método da modalidade 66, em que a válvula de descarga atuada por pressão está configurada para abrir e fechar em resposta à pressão dentro do sistema de extrusão.
[00237] Modalidade 68. O método da modalidade 66 ou 67, em que a válvula de descarga atuada por pressão está conectada a um flange de fixação terminal em uma segunda extremidade do barril.
[00238] Modalidade 69. O método de qualquer uma das modalidades 66-68, em que a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
[00239] Modalidade 70. O método de qualquer uma das modalidades 66-68, em que a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento.
[00240] Modalidade 71. O método de qualquer uma das modalidades 66-70, em que a válvula de descarga atuada por pressão está conectada a um atuador.
[00241] Modalidade 72. O método da modalidade 71, em que o atuador usa força pneumática, força hidráulica, força eletromecânica, ou uma combinação destas.
[00242] Modalidade 73. O método da modalidade 71 ou 72, em que o atuador está acoplado operacionalmente a uma unidade de controle de pressão retrógrada.
[00243] Modalidade 74. O método da modalidade 73, em que a unidade de controle de pressão retrógrada está acoplada operacionalmente a um ou mais medidores de pressão.
[00244] Modalidade 75. O método da modalidade 74, em que pelo menos um dos (um ou mais) medidores de pressão monitora a pressão dentro da zona de reação.
[00245] Modalidade 76. O método de qualquer uma das modalidades 1-75, em que o sistema de extrusão compreende ainda um tanque flash.
[00246] Modalidade 77. O método da modalidade 76, em que o tanque flash coleta a composição de biomassa pré-tratada à medida que ela sai da válvula de descarga atuada por pressão.
[00247] Modalidade 78. O método de qualquer uma das modalidades 1-77, em que a biomassa compreende algas, milho, grama, palha, cascas de grãos, madeira, casca de árvores, serragem, papel, álamos, salgueiros, capim-elefante, alfafa, capim-andropogon da pradaria, palmeiras de açúcar, palmeira Nypa, mandioca, milo, sorgo, batatas-doces, melaços, tubérculos, raízes, caules, sagu, mandioca, tapioca, ervilhas de arroz, feijão, batatas, beterrabas, frutas, caroços, sorgo, cana de açúcar, arroz, trigo, grãos inteiros, centeio, cevada, bambu, sementes, aveia, ou uma combinação destes, ou um derivado ou subproduto destes.
[00248] Modalidade 79. O método da modalidade 78, em que o derivado ou subproduto deste compreende forragem de milho, espigas de milho, purê de milho, fibra de milho, silagem, bagaço, grãos de destilaria, solúveis secos de destilaria, grãos secos de destilaria, solúveis condensados de destilaria, grãos úmidos de destilaria, grãos secos de destilaria com solúveis, fibra, cascas de frutas, palha de arroz, cascas de arroz, palha de trigo, palha de cevada, cascas de sementes, cascas de aveia, restos de alimentos, resíduos de águas servidas domiciliares, ou uma combinação destes.
[00249] Modalidade 80. O método de qualquer uma das modalidades 1-77, em que a biomassa compreende uma biomassa lenhosa.
[00250] Modalidade 81. O método da modalidade 80, em que a biomassa lenhosa compreende madeira dura, madeira mole, ou uma combinação destas.
[00251] Modalidade 82. O método de qualquer uma das modalidades 1-77, em que a biomassa compreende uma madeira dura.
[00252] Modalidade 83. O método de qualquer uma das modalidades 1-82, que compreende ainda a hidrólise das partículas sólidas que compreendem celulose com uma ou mais enzimas para produzir monossacarídeos.
[00253] Modalidade 84. A composição de biomassa pré- tratada produzida pelo método de qualquer uma das modalidades 1-83.
[00254] Modalidade 85. Uma corrente de açúcar que compreende monossacarídeos C6 produzidos pelo método da modalidade 83.
[00255] Modalidade 86. Um sistema para pré-tratamento em escala industrial de pelo menos uma tonelada seca de biomassa por dia, o sistema compreendendo: (a) um barril que define uma câmara interna e que compreende um acesso de entrada perto da primeira extremidade do barril e um flange de fixação terminal em uma segunda extremidade do barril; (b) um ou mais parafusos giratórios configurados para mover a biomassa através da câmara interna do barril e que contém uma ou mais seções configuradas para formar um ou mais plugues pela biomassa para separar a câmara interna do barril em duas ou mais zonas, incluindo uma zona alimentadora e uma zona de reação; e (c) uma válvula de descarga atuada por pressão conectada ao flange de fixação terminal e configurada para abrir e fechar em resposta à pressão dentro do barril permitindo, dessa forma, a produção contínua de uma composição de biomassa pré-tratada que compreende uma fração líquida que compreende monossacarídeos e partículas sólidas que compreendem celulose.
[00256] Modalidade 87. O sistema da modalidade 86, que compreende um, dois ou três parafusos giratórios.
[00257] Modalidade 88. O sistema da modalidade 86, que compreende dois parafusos giratórios.
[00258] Modalidade 89. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-88, que compreende ainda um motor configurado para girar os (um ou mais) parafusos giratórios.
[00259] Modalidade 90. O sistema da modalidade 89, em que o motor está configurado para girar os (um ou mais) parafusos giratórios a cerca de: 100, 250, 400, 500, 750, 1.000, 1.100, 1.250, 1.500 ou 2.000 rpm.
[00260] Modalidade 91. O sistema da modalidade 89, em que o motor está configurado para girar os (um ou mais) parafusos giratórios a cerca de 100-2.000 rpm, 250-1.500 rpm, 4001.100 rpm ou 500-1.000 rpm.
[00261] Modalidade 92. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-91, em que o sistema é capaz de processamento de biomassa em uma taxa de pelo menos cerca de 2 MT seca/dia, 3 MT seca/dia, 4 MT seca/dia, 5 MT seca/dia, 7,5 MT seca/dia, 10 MT seca/dia, 15 MT seca/dia, 20 MT seca/dia, 25 MT seca/dia, 50 MT seca/dia, 75 MT seca/dia, 100 MT seca/dia, 150 MT seca/dia ou 200 MT seca/dia.
[00262] Modalidade 93. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-92, em que o sistema compreende ainda uma canaleta conectada ao acesso de entrada para alimentação da biomassa na zona alimentadora.
[00263] Modalidade 94. O sistema da modalidade 93, em que a canaleta compreende ainda um alimentador configurado para mover a biomassa da canaleta através do acesso de entrada.
[00264] Modalidade 95. O sistema da modalidade 94, em que o alimentador é uma verruma de liberação configurada para distribuir a biomassa igualmente na zona alimentadora.
[00265] Modalidade 96. O sistema de qualquer uma das modalidades 93-95, em que a canaleta compreende um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar um líquido à biomassa na canaleta.
[00266] Modalidade 97. O sistema da modalidade 96, em que o líquido é água.
[00267] Modalidade 98. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-97, em que o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar líquido à biomassa na zona alimentadora.
[00268] Modalidade 99. O sistema da modalidade 98, em que o líquido é água.
[00269] Modalidade 100. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-99, em que os parafusos giratórios são capazes de transportar biomassa através da zona de reação em menos do que cerca de: 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos.
[00270] Modalidade 101. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-99, em que os parafusos giratórios são capazes de transportar biomassa através da zona de reação em cerca de: 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos.
[00271] Modalidade 102. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-99, em que os parafusos giratórios são capazes de transportar biomassa através da zona de reação em cerca de 5 a 15 segundos.
[00272] Modalidade 103. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-102, em que o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar vapor à zona de reação.
[00273] Modalidade 104. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-103, em que o barril compreende ainda uma jaqueta de aquecimento.
[00274] Modalidade 105. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-104, em que o sistema está configurado para manter uma temperatura elevada na zona de reação.
[00275] Modalidade 106. O sistema da modalidade 105, em que a temperatura elevada é fornecida por vapor, uma jaqueta de aquecimento, ou uma combinação destes.
[00276] Modalidade 107. O sistema da modalidade 105 ou 106, em que a temperatura elevada é cerca de: 50-500°C, 75400°C, 100-350°C, 150-300°C ou 200-250°C.
[00277] Modalidade 108. O sistema da modalidade 105 ou 106, em que a temperatura elevada é cerca de 150-300°C.
[00278] Modalidade 109. O sistema da modalidade 105 ou 106, em que a temperatura elevada é cerca de 200-250°C.
[00279] Modalidade 110. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-109, em que o sistema está configurado para manter uma pressão elevada na zona de reação.
[00280] Modalidade 111. O sistema da modalidade 110, em que a pressão elevada é mantida por adição de vapor, líquido, biomassa, ou uma combinação destes.
[00281] Modalidade 112. O sistema da modalidade 110 ou 111, em que a pressão elevada é cerca de: 344,73-6.894,75 kPa, 689,47-5.171,06 kPa, 1.378,95-4.136,85 kPa, 2.068,423.447,37 kPa ou 2.413,16-3.102,64 kPa.
[00282] Modalidade 113. O sistema da modalidade 110 ou 111, em que a pressão elevada é cerca de 2.068,42-3.447,37 kPa.
[00283] Modalidade 114. O sistema da modalidade 110 ou 111, em que a pressão elevada é cerca de 2.413,16-3.102,64 kPa.
[00284] Modalidade 115. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-114, em que o barril compreende ainda um ou mais acessos vedáveis configurados para adicionar um ou mais agentes químicos à zona de reação.
[00285] Modalidade 116. O sistema da modalidade 115, em que o agente químico compreende um ácido, uma base, ou uma combinação destes.
[00286] Modalidade 117. O sistema da modalidade 116, em que o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico, ácido peroxiacético, ácido lático, ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido sulfuroso, ácido cloroacético, ácido dicloroacético, ácido tricloroacético, ácido trifluoracético, ácido oxálico, ácido benzóico, ou uma combinação destes.
[00287] Modalidade 118. O sistema da modalidade 116, em que o agente químico compreende o ácido que é ácido sulfúrico.
[00288] Modalidade 119. O sistema da modalidade 116, em que o agente químico compreende a base que é hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, hidróxido de potássio, amônia, hidróxido de amônia, peróxido de hidrogênio ou uma combinação destes.
[00289] Modalidade 120. O sistema de qualquer uma das modalidades 115-119, em que o sistema está configurado para adicionar o agente químico até um nível de cerca de: 0,1-20% p/v, 1-15% p/v, 1,5-10% p/v, 1-10% p/v, 1-5% p/v ou 2-4% p/v.
[00290] Modalidade 121. O sistema de qualquer uma das modalidades 115-119, em que o sistema está configurado para adicionar o agente químico até um nível de cerca de 2-4% p/v.
[00291] Modalidade 122. O sistema de qualquer uma das modalidades 115-119, em que o sistema está configurado para adicionar o agente químico até um nível de cerca de 2% p/v.
[00292] Modalidade 123. O sistema de qualquer uma das modalidades 115-119, em que o sistema está configurado para adicionar o agente químico até um nível de cerca de 4% p/v.
[00293] Modalidade 124. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-123, em que a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
[00294] Modalidade 125. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-123, em que a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento.
[00295] Modalidade 126. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-125, em que a válvula de descarga atuada por pressão está conectada a um atuador.
[00296] Modalidade 127. O sistema da modalidade 126, em que o atuador é um atuador pneumático, um atuador hidráulico, um atuador eletromecânico, ou uma combinação destes.
[00297] Modalidade 128. O sistema da modalidade 126 ou 127, em que o atuador está acoplado operacionalmente a uma unidade de controle de pressão retrógrada.
[00298] Modalidade 129. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-128, em que a unidade de controle de pressão retrógrada está acoplada operacionalmente a um ou mais medidores de pressão.
[00299] Modalidade 130. O sistema da modalidade 129, em que os (um ou mais) medidores de pressão monitoram a pressão no barril por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril.
[00300] Modalidade 131. O sistema da modalidade 130, pelo menos um dos (um ou mais) medidores de pressão está configurado para monitorar a pressão dentro da zona de reação.
[00301] Modalidade 132. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-131, em que o barril compreende ainda um ou mais acessos que compreendem um medidor de temperatura, um medidor de pressão, ou uma combinação destes.
[00302] Modalidade 133. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-132, em que o sistema de extrusão compreende ainda um tanque flash.
[00303] Modalidade 134. O sistema da modalidade 133, em que o tanque flash coleta a composição de biomassa pré- tratada à medida que ela sai da válvula de descarga atuada por pressão.
[00304] Modalidade 135. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-134, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% ou 99%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00305] Modalidade 136. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-134, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 50%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00306] Modalidade 137. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-134, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 70%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00307] Modalidade 138. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-134, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C5 em um rendimento de pelo menos 85%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00308] Modalidade 139. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-138, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% ou 5%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00309] Modalidade 140. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-138, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C6 em um rendimento de menos do que 45%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00310] Modalidade 141. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-138, em que o sistema está configurado para produzir a fração líquida que compreende monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 35%, comparado com o máximo teórico com base na biomassa.
[00311] Modalidade 142. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-141, em que o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em uma faixa de tamanho de cerca de: 1-500 μm, 1-250 μm, 1-200 μm ou 1-150 μm.
[00312] Modalidade 143. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-141, em que o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em uma faixa de tamanho de cerca de 1-150 μm.
[00313] Modalidade 144. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-141, em que o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em um tamanho médio de cerca de: 1-50 μm, 5-40 μm, 10-30 μm ou 15-25 μm.
[00314] Modalidade 145. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-141, em que o sistema está configurado para produzir as partículas sólidas em um tamanho médio de cerca de 15-25 μm.
[00315] Modalidade 146. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-145, em que a biomassa compreende algas, milho, grama, palha, cascas de grãos, madeira, casca de árvores, serragem, papel, álamos, salgueiros, capim- elefante, alfafa, capim-andropogon da pradaria, palmeiras de açúcar, palmeira Nypa, mandioca, milo, sorgo, batatas-doces, melaços, tubérculos, raízes, caules, sagu, mandioca, tapioca, ervilhas de arroz, feijão, batatas, beterrabas, frutas, caroços, sorgo, cana de açúcar, arroz, trigo, grãos inteiros, centeio, cevada, bambu, sementes, aveia, ou uma combinação destes, ou um derivado ou subproduto destes.
[00316] Modalidade 147. O sistema da modalidade 146, em que o derivado ou subproduto deste compreende forragem de milho, espigas de milho, purê de milho, fibra de milho, silagem, bagaço, grãos de destilaria, solúveis secos de destilaria, grãos secos de destilaria, solúveis condensados de destilaria, grãos úmidos de destilaria, grãos secos de destilaria com solúveis, fibra, cascas de frutas, palha de arroz, cascas de arroz, palha de trigo, palha de cevada, cascas de sementes, cascas de aveia, restos de alimentos, resíduos de águas servidas domiciliares, ou uma combinação destes.
[00317] Modalidade 148. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-145, em que a biomassa compreende uma biomassa lenhosa.
[00318] Modalidade 149. O sistema da modalidade 148, em que a biomassa lenhosa compreende madeira dura, madeira mole, ou uma combinação destas.
[00319] Modalidade 150. O sistema de qualquer uma das modalidades 86-145, em que a biomassa compreende uma madeira dura.
[00320] Modalidade 151. Um sistema adequado para o pré- tratamento de biomassa que compreende: um barril que define um compartimento de reação; um meio para o tratamento da biomassa retida dentro do compartimento de reação; uma montagem de parafuso operacionalmente acoplada a um primeiro meio de movimentação em uma primeira extremidade do barril, em que a montagem de parafuso está configurada para indução da biomassa para formar um ou mais plugues dentro do compartimento de reação e para a movimentação da biomassa ao longo do compartimento de reação até uma segunda extremidade do barril à medida que a biomassa é pré-tratada; e um módulo modulador de pressão acoplado operacionalmente a um segundo meio de movimentação em uma segunda extremidade do barril para o fornecimento de uma pressão constante dentro do compartimento de reação.
[00321] Modalidade 152. O sistema da modalidade 151, em que o compartimento de reação é ainda dividido em uma zona alimentadora, uma zona de reação e uma zona moduladora de pressão.
[00322] Modalidade 153. O sistema da modalidade 152, em que a zona alimentadora está localizada na primeira extremidade.
[00323] Modalidade 154. O sistema da modalidade 152 ou 153, em que uma canaleta está anexada à primeira extremidade para liberação da biomassa na zona alimentadora.
[00324] Modalidade 155. O sistema de qualquer uma das modalidades 152-154, em que a canaleta compreende ainda uma verruma para distribuir igualmente a biomassa na zona alimentadora.
[00325] Modalidade 156. O sistema de qualquer uma das modalidades 152-155, em que um primeiro acesso vedável está anexado ao barril para a liberação de uma solução aquosa na zona alimentadora.
[00326] Modalidade 157. O sistema de qualquer uma das modalidades 152-156, em que a zona de reação está localizada entre a zona alimentadora e a segunda extremidade do barril.
[00327] Modalidade 158. O sistema de qualquer uma das modalidades 152-157, em que a zona de reação está separada da zona alimentadora por um primeiro plugue.
[00328] Modalidade 159. O sistema de qualquer uma das modalidades 152-158, em que a zona de reação é ainda subdividida em uma primeira zona, uma segunda zona e uma terceira zona.
[00329] Modalidade 160. O sistema da modalidade 159, em que a primeira zona e a segunda zona são separadas por um segundo plugue.
[00330] Modalidade 161. O sistema da modalidade 159, em que a segunda e a terceira zona são separadas por um terceiro plugue.
[00331] Modalidade 162. O sistema de qualquer uma das modalidades 159-161, em que um segundo acesso vedável está anexado ao barril para a liberação de vapor na primeira zona e/ou na segunda zona.
[00332] Modalidade 163. O sistema de qualquer uma das modalidades 159-162, em que a terceiro acesso vedável está anexado ao barril para a liberação de um reagente químico na segunda zona.
[00333] Modalidade 164. O sistema da modalidade 163, em que o reagente químico é um ácido, um álcali ou um reagente químico adicional.
[00334] Modalidade 165. O sistema de qualquer uma das modalidades 151-164, em que um medidor de temperatura e um medidor de pressão estão anexados ao barril para monitoramento da temperatura e da pressão dentro da zona de reação.
[00335] Modalidade 166. O sistema da modalidade 152, em que a zona moduladora de pressão está localizada na segunda extremidade do barril.
[00336] Modalidade 167. O sistema da modalidade 152 ou 166, em que a zona moduladora de pressão e a zona de reação são separadas por uma chapa de topo.
[00337] Modalidade 168. O sistema da modalidade 167, em que a chapa de topo é construída para conter um orifício para permitir que a biomassa se mova da zona de reação para dentro da zona moduladora de pressão.
[00338] Modalidade 169. O sistema da modalidade 168, em que a biomassa movida para dentro da zona moduladora de pressão é uma biomassa pré-tratada.
[00339] Modalidade 170. O sistema da modalidade 168 ou 169, em que um cano conecta a zona moduladora de pressão a um tanque flash para o armazenamento da biomassa pré-tratada.
[00340] Modalidade 171. O sistema da modalidade 151, em que o módulo modulador de pressão compreende uma válvula terminal.
[00341] Modalidade 172. O sistema da modalidade 171, em que a válvula terminal está acoplada operacionalmente ao segundo meio de movimentação na segunda extremidade do barril para o fornecimento de uma pressão constante dentro da zona de reação.
[00342] Modalidade 173. O sistema da modalidade 172, em que a válvula terminal compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
[00343] Modalidade 174. O sistema da modalidade 173, em que a válvula terminal é uma válvula de assento.
[00344] Modalidade 175. O sistema da modalidade 151 ou 172, em que o segundo meio de movimentação é um segundo meio de movimentação externo.
[00345] Modalidade 176. O sistema de qualquer uma das modalidades 151, 172 ou 175, em que o segundo meio de movimentação compreende um atuador.
[00346] Modalidade 177. O sistema da modalidade 176, em que o atuador está configurado para usar força pneumática.
[00347] Modalidade 178. O sistema da modalidade 176, em que o atuador está configurado para usar força hidráulica.
[00348] Modalidade 179. O sistema da modalidade 176, em que o atuador está configurado para usar força eletromecânica.
[00349] Modalidade 180. O sistema de qualquer uma das modalidades 151, 172 ou 175-179, em que o segundo meio de movimentação está ainda conectado a um regulador de pressão.
[00350] Modalidade 181. O sistema da modalidade 180, em que o regulador de pressão está configurado para receber feedbacks dos medidores de pressão.
[00351] Modalidade 182. O sistema da modalidade 151, em que o primeiro meio de movimentação é um primeiro meio de movimentação externo.
[00352] Modalidade 183. O sistema da modalidade 151 ou 182, em que o primeiro meio de movimentação compreende um motor e combinação de caixa de engrenagens.
[00353] Modalidade 184. O sistema da modalidade 151, em que o comprimento da montagem de parafuso se estende além da zona alimentadora e da zona de reação.
[00354] Modalidade 185. O sistema da modalidade 151 ou 184, em que a montagem de parafuso compreende dois ou mais parafusos.
[00355] Modalidade 186. O sistema da modalidade 180, em que o regulador de pressão compreende um regulador de pressão retrógrada.
[00356] Modalidade 187. O sistema da modalidade 186, em que o regulador de pressão retrógrada compreende um regulador pneumático.
[00357] Modalidade 188. Um método para o tratamento de uma biomassa que compreende: (a) carregamento de uma biomassa em um barril que compreende um compartimento de reação em que o compartimento de reação compreende um meio para produzir um ou mais plugues para a geração de uma zona de reação; e (b) pré-tratamento da biomassa dentro da zona de reação com uma temperatura elevada e uma pressão constante por um período de até 20 segundos; em que a biomassa é reduzida em tamanho dentro da zona de reação.
[00358] Modalidade 189. O método da modalidade 188, em que o compartimento de reação compreende ainda uma zona alimentadora e uma zona moduladora de pressão.
[00359] Modalidade 190. O método da modalidade 188 ou 189, em que a zona alimentadora e a zona de reação são separadas por um primeiro plugue.
[00360] Modalidade 191. O método de qualquer uma das modalidades 188-190, em que uma solução aquosa é adicionada à biomassa na zona alimentadora para gerar uma composição aquosa que compreende de cerca de 1% até cerca de 90% p/v de sólido suspenso.
[00361] Modalidade 192. O método de qualquer uma das modalidades 188-190, em que uma solução aquosa é adicionada à biomassa na zona alimentadora para gerar uma composição aquosa que compreende de cerca de 1% até cerca de 60% p/v de sólido suspenso.
[00362] Modalidade 193. O método da modalidade 191 ou 192, em que o sólido suspenso compreende celulose, hemicelulose e/ou lignina.
[00363] Modalidade 194. O método da modalidade 191 ou 192, em que a solução aquosa é água.
[00364] Modalidade 195. O método de qualquer uma das modalidades 188-194, em que um reagente químico é ainda adicionado à biomassa na zona de reação.
[00365] Modalidade 196. O método da modalidade 195, em que o reagente químico é um ácido, um álcali ou um reagente químico adicional.
[00366] Modalidade 197. O método de qualquer uma das modalidades 188-196, em que vapor é ainda adicionado à biomassa na zona de reação para aumentar ainda mais a temperatura dentro da zona de reação.
[00367] Modalidade 198. O método de qualquer uma das modalidades 188-197, em que a temperatura da biomassa dentro da zona de reação está entre cerca de 80°C e cerca de 300°C.
[00368] Modalidade 199. O método de qualquer uma das modalidades 188-197, em que a temperatura da biomassa dentro da zona de reação está entre cerca de 160°C e cerca de 210°C.
[00369] Modalidade 200. O método de qualquer uma das modalidades 188-199, em que a pressão da biomassa dentro da zona de reação está entre cerca de 2.068,42 kPa e cerca de 6.894,75 kPa.
[00370] Modalidade 201. O método de qualquer uma das modalidades 188-199, em que a pressão da biomassa dentro da zona de reação está entre cerca de 2.757,90 kPa e cerca de 5.515,80 kPa.
[00371] Modalidade 202. O método de qualquer uma das modalidades 188-199, em que a pressão da biomassa dentro da zona de reação está entre cerca de 2.757,90 kPa e cerca de 4.136,85 kPa.
[00372] Modalidade 203. O método de qualquer uma das modalidades 188-202, em que a pressão da biomassa dentro da zona de reação é ainda mantida por um módulo modulador de pressão dentro da zona moduladora de pressão.
[00373] Modalidade 204. O método da modalidade 203, em que o módulo modulador de pressão compreende uma válvula terminal.
[00374] Modalidade 205. O método da modalidade 204, em que a válvula terminal está acoplada operacionalmente a um meio de movimentação em uma segunda extremidade do barril para o fornecimento de uma pressão constante dentro da zona de reação.
[00375] Modalidade 206. O método da modalidade 204 ou 205, em que a válvula terminal compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
[00376] Modalidade 207. O método da modalidade 206, em que a válvula terminal é uma válvula de assento.
[00377] Modalidade 208. O método da modalidade 205, em que o meio de movimentação é um meio de movimentação externo.
[00378] Modalidade 209. O método da modalidade 205 ou 208, em que o meio de movimentação compreende um atuador.
[00379] Modalidade 210. O método da modalidade 209, em que o atuador usa força pneumática.
[00380] Modalidade 211. O método da modalidade 209, em que o atuador usa força hidráulica.
[00381] Modalidade 212. O método da modalidade 209, em que o atuador usa força eletromecânica.
[00382] Modalidade 213. O método de qualquer uma das modalidades 205 ou 208-212, em que o meio de movimentação está ainda conectado a um regulador de pressão.
[00383] Modalidade 214. O método da modalidade 213, em que o regulador de pressão está configurado para receber feedbacks de um medidor de pressão.
[00384] Modalidade 215. O método da modalidade 214, em que o medidor de pressão está anexado ao barril para monitoramento da pressão dentro da zona de reação.
[00385] Modalidade 216. O método de qualquer uma das modalidades 214 ou 215, em que o regulador de pressão é um regulador de pressão retrógrada.
[00386] Modalidade 217. O método da modalidade 216, em que o regulador de pressão retrógrada compreende um regulador de pressão pneumática.
[00387] Modalidade 218. O método de qualquer uma das modalidades 188-217, em que a biomassa é ainda descarregada em um tanque flash como biomassa pré-tratada.
[00388] Modalidade 219. O método da modalidade 218, em que a biomassa pré-tratada compreende uma concentração total de sacarídeo de cerca de 5% e cerca de 55% p/v.
[00389] Modalidade 220. O método da modalidade 218, em que a biomassa pré-tratada compreende uma concentração total de sacarídeo de cerca de 15% e cerca de 45% p/v.
[00390] Modalidade 221. O método da modalidade 216, em que a biomassa pré-tratada compreende uma concentração total de sacarídeo de cerca de 25% e cerca de 35% p/v.
[00391] Modalidade 222. O método da modalidade 218, em que os (um ou mais) plugues são produzidos para uma montagem de parafuso.
[00392] Modalidade 223. O método da modalidade 222, em que a montagem de parafuso compreende dois ou mais parafusos.
[00393] Modalidade 224. O método de qualquer uma das modalidades 188-223, em que a biomassa compreende algas, forragem de milho, espigas de milho, purê de milho, fibra de milho, silagem, grama, palha, cascas de grãos, bagaço, grãos de destilaria, solúveis secos de destilaria, grãos secos de destilaria, solúveis condensados de destilaria, grãos úmidos de destilaria, grãos secos de destilaria com solúveis, madeira, casca de árvores, serragem, papel, álamos, salgueiros, capim-elefante, alfafa, capim-andropogon da pradaria, palmeiras de açúcar, palmeira Nypa, fibra, mandioca, milo, sorgo, batatas-doces, melaços, tubérculos, raízes, caules, sagu, mandioca, tapioca, ervilhas de arroz, feijão, batatas, beterrabas, frutas, cascas de frutas, caroços, sorgo, cana de açúcar, arroz, palha de arroz, cascas de arroz, trigo, palha de trigo, grãos inteiros, centeio, cevada, palha de cevada, bambu, sementes, cascas de sementes, aveia, cascas de aveia, restos de alimentos, resíduos de águas servidas domiciliares, ou uma combinação destes.
[00394] Modalidade 225. O método de qualquer uma das modalidades 218-221, em que a biomassa pré-tratada ainda passa por uma etapa de fermentação.
[00395] Modalidade 226. O método da modalidade 225, em que um ou mais microorganismos fermentativos são adicionados na biomassa pré-tratada.
[00396] Modalidade 227. O método da modalidade 226, em que os (um ou mais) microorganismos fermentativos compreendem uma espécie bacteriana, uma espécie de levedura, uma alga, um fungo não levedura, ou uma combinação destes.
[00397] Modalidade 228. O método da modalidade 226, em que os (um ou mais) microorganismos fermentativos compreendem uma cepa de Saccharomyces cerevisiae.
[00398] Modalidade 229. O método da modalidade 226, em que os (um ou mais) microorganismos fermentativos compreendem um microorganismo modificado geneticamente.
[00399] Modalidade 230. O método de qualquer uma das modalidades 188-229, em que o pré-tratamento compreende a hidratação da biomassa em um meio aquoso de pH não neutro.
[00400] Modalidade 231. O método da modalidade 230, em que o meio aquoso de pH não neutro está a de cerca de 30°C até cerca de 70°C.
[00401] Modalidade 232. O método das modalidades 230 ou 231, em que o meio aquoso não neutro compreende um ácido ou uma base a de cerca de 0,1% até cerca de 5% v/p por peso de biomassa seca.
[00402] Modalidade 233. Um produto final de fermentação produzido pelo método das modalidades 188-229.
[00403] Modalidade 234. O produto final de fermentação da modalidade 233, em que o produto final de fermentação é um álcool.
[00404] Modalidade 235. O produto final de fermentação da modalidade 234, em que o produto final de fermentação é etanol.
[00405] Modalidade 236. Uma corrente de açúcar produzida pelo método das modalidades 188-229.
[00406] Modalidade 237. Uma montagem de válvula que compreende: um compartimento de reação que compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; uma chapa de topo, em que a chapa de topo está localizada entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da câmara de reação separando, dessa forma, o compartimento de reação em uma zona de reação e uma zona moduladora de pressão, e em que a chapa de topo é construída para conter um orifício; e uma válvula terminal, em que a válvula terminal está localizada na zona moduladora de pressão, e em que a válvula terminal está acoplada operacionalmente a um meio de movimentação na segunda extremidade do compartimento de reação para o fornecimento de uma pressão constante dentro da zona de reação.
[00407] Modalidade 238. A montagem de válvula da modalidade 237, em que a válvula terminal compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
[00408] Modalidade 239. A montagem de válvula da modalidade 237, em que a válvula terminal é uma válvula de assento.
[00409] Modalidade 240. A montagem de válvula da modalidade 237, em que o meio de movimentação é um meio de movimentação externo.
[00410] Modalidade 241. A montagem de válvula da modalidade 237 ou 240, em que o meio de movimentação compreende um atuador.
[00411] Modalidade 242. A montagem de válvula da modalidade 241, em que o atuador está configurado para usar força pneumática.
[00412] Modalidade 243. A montagem de válvula da modalidade 241, em que o atuador está configurado para usar força hidráulica.
[00413] Modalidade 244. A montagem de válvula da modalidade 241, em que o atuador está configurado para usar força eletromecânica.
[00414] Modalidade 245. A montagem de válvula de qualquer uma das modalidades 237-244, em que o meio de movimentação está ainda conectado a um regulador de pressão.
[00415] Modalidade 246. A montagem de válvula da modalidade 245, em que o regulador de pressão compreende um regulador de pressão retrógrada.
[00416] Modalidade 247. A montagem de válvula da modalidade 246, em que o regulador de pressão retrógrada compreende um regulador pneumático.
[00417] Modalidade 248. A montagem de válvula de qualquer uma das modalidades 237-247, que compreende ainda uma válvula flange, em que a válvula flange compreende um assento configurado para assentar a válvula terminal.
[00418] Modalidade 249. A montagem de válvula da modalidade 248, em que o assento compreende um assento de cerâmica. EXEMPLOS
[00419] Os exemplos seguintes servem para ilustrar certas modalidades e aspectos e não devem ser considerados como limitantes de seu escopo. Exemplo 1. Pré-tratamento de biomassa usando uma extrusora de rosca dupla
[00420] Uma extrusora de rosca dupla como descrita por diagrama na FIG. 2 foi usada para realizar quatro rodadas contínuas de 224, 695, 1100, e 977 horas cada. A extrusora foi utilizada com aquecimento indireto através das paredes do reator até o final do experimento. Uma taxa de fluxo de até 136 kg/h foi alcançada através da extrusora com injeção direta de vapor para fornecer calor ao processo. Os materiais selecionados eram ácido-resistentes. A alimentação foi metrificada através de um alimentador com cinta de peso e caia em um alimentador preparador que abastece o barril da extrusora. Dois parafusos foram entremeados e forneceram transferência rápida de calor e massa quando vapor e ácido eram injetados por meio de acessos de vapor e ácido conectados ao barril cilíndrico da extrusora, como mostrado na FIG. 2. Os acessos de fornecimento de vapor e ácido foram vedados por seções de fluxo reverso nos parafusos. Uma válvula de controle de pressão operada hidraulicamente foi vedada em uma vedação cerâmica e a pressão foi controlada para manter a pressão tão constante quanto possível na seção de reação da extrusora.
[00421] Os sólidos foram expostos à temperatura e pressão elevadas e pH baixo por um máximo de cerca de 10 segundos na zona de reação, como mostrado na extrusora revelada na FIG. 2 antes de serem explodidos no tanque flash. O tempo de residência na zona de reação foi controlado pelo tempo rotacional dos parafusos. A câmara de sobrecarga acima dos parafusos no alimentador de bomba atuou como um vaso de flash, onde água quente é vaporizada, resfriando o produto e removendo uma parte dos inibidores de ebulição baixa, por exemplo, furfural. Sob essas condições, a extrusão não pareceu produzir furfural ou HMF o bastante para inibir o crescimento ou fermentação de levedura, desde que seja evitado cozimento excessivo com períodos de reação curtos. HMF e furfural, inibidores de reversão, foram formados em pequenas quantidades durante esse pré-tratamento (por exemplo, um total de 0,3 a 0,5% do peso do produto pré- tratado seco). Exemplo 2. Tamanho de partícula após pré-tratamento com uma extrusora de rosca dupla
[00422] Essa rodada foi realizada para avaliar a redução do tamanho de partícula que ocorre durante o pré-tratamento da biomassa em uma extrusora de rosca dupla modificada. Serragem de cerejeira, com um tamanho de partícula médio de cerca de 3 mm x 3 mm x 1 mm e um teor de umidade médio de 31%, foi usada como a matéria-prima de biomassa bruta. A biomassa de cerejeira foi alimentada em uma extrusora de rosca dupla ZSK-30, fabricada por Coperion, basicamente como descrito no Exemplo 1. Os parâmetros de processamento usados para o experimento são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 - Parâmetros experimentais de distribuição do tamanho de partícula.
Figure img0002
[00423] A serragem de cerejeira foi processada continuamente. O teor de umidade final da serragem de cerejeira processada era de cerca de 76,8%. Após o estado de equilíbrio ter sido obtido, uma amostra do material pré- tratado foi coletada para análise de tamanho de partícula. A amostra foi analisada por meio de uma teoria de espalhamento de Mie usando um Horiba LA-920, capaz de medir diâmetros de partícula de 0,02 μm a 2.000 μm. Os resultados indicaram uma redução significante do tamanho de partícula que ocorre por todo o processo de pré-tratamento. O tamanho de partícula médio foi reduzido de 3 mm na matéria-prima para 20,75 μm no efluente pré-tratado. Um resumo da distribuição de tamanho de partícula é apresentado na FIG. 13. Exemplo 3 Análise de lama de biomassa após pré-tratamento
[00424] A Tabela 3 é um resumo de vários tipos de biomassa pré-tratada em um conjunto otimizado de condições, com a análise da composição de açúcar e ácido orgânico resultante da fração líquida que sai do pré-tratamento como lama de biomassa. Água ou vapor foi adicionado para se ajustar ao teor de sólidos desejado para pré-tratamento.
[00425] Grãos úmidos de destilaria a 68,10% de umidade foram alimentados em um preparador de extrusora de rosca dupla. As condições na extrusora foram ajustadas em uma pressão da válvula de vapor de 39,0 kg/h, 232°C, e uma pressão da válvula terminal de 2.757,90 kPa, com H2SO4 4,0%. A biomassa saiu da extrusora como lama com 21,8% de sólidos totais. Para análise após pré-tratamento, o teor de umidade da lama de biomassa foi determinado usando um analisador- equilíbrio de umidade. Uma amostra da lama homogênea foi centrifugada por 5 minutos a 6.000 rpm, e o sobrenadante usado para preparação de amostra para HPLC padronizada. Toda a análise de açúcar e ácido orgânico foi realizada em um sistema de HPLC Shimadzu com um detector RID-10A e uma coluna BIORAD Aminex HPX-87H (300 x 7,8 mm). A fase móvel foi 0,01 N H2SO4 e a HPLC teve uma calibração de 8 pontos de 0,1 g/l a 50,0 g/l.
[00426] A serragem de cerejeira foi novamente filtrada a 34,4% de umidade. As condições no sistema da extrusora foram ajustadas em uma pressão da válvula de vapor de 27,2 kg/h, 232°C, e uma pressão da válvula terminal de 2.757,90 kPa, com H2SO4 2,0%. A biomassa saiu do sistema como lama homogênea com 25,9% de sólidos totais. A lama de biomassa foi resfriada e depois analisada como descrito acima.
[00427] Bordo vermelho medindo 22,50% de umidade foi alimentado ao sistema da extrusora em uma pressão da válvula de vapor de 30,4 kg/h, 232°C, e uma pressão da válvula terminal de 2.757,90 kPa, com H2SO4 2,0%. A biomassa saiu do sistema da extrusora como lama homogênea com 29,1% de sólidos totais. A lama de biomassa foi resfriada e depois analisada como descrito acima.
[00428] Álamo amarelo a 37,58% de umidade foi alimentado ao sistema da extrusora em uma pressão da válvula de vapor de 30,4 kg/h, 232°C, e uma pressão da válvula terminal de 2.757,90 kPa, com H2SO4 2,0%. A biomassa saiu do sistema da extrusora como lama homogênea com 26,8% de sólidos totais. A lama de biomassa foi resfriada e depois analisada como descrito acima.
[00429] As análises da fração líquida de lamas pré- tratadas produziram uma extração rica em hemicelulose pela biomassa de lignocelulose, e uma concentração baixa de ácidos orgânicos e inibidores. Tabela 3. Condições do pré-tratamento e composição da fração líquida de material pré-tratado; kg/MT indica quilogramas por tonelada métrica seca de biomassa.
Figure img0003
grãos úmidos de destilaria processados.
[00430] A Tabela 4 fornece um resumo da análise de composição de açúcar das várias matérias-primas descritas na Tabela 3 e na Tabela 5. Análise composicional
[00431] Grãos úmidos de destilaria: a composição de açúcar do grão de milho foi analisada usando uma amostra seca de matéria-prima. A REL LAP para “Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass” ( REL/TP- 510-42618: A. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton e D. Crocker) foi seguida para quantificar os açúcares disponíveis teoréticos totais dentro da matéria-prima bruta por utilização de uma hidrólise com ácido sulfúrico 72% por 1 hora a 35°C, seguida por uma hidrólise com ácido sulfúrico 4% por 1 hora a 249°C em uma autoclave. A análise de açúcares foi realizada em um sistema de HPLC Shimadzu com um detector RID-10A e uma coluna BIORAD Aminex HPX-87H (300 x 7,8 mm). A fase móvel foi 0,01 N H2SO4 e a HPLC teve uma calibração de 8 pontos de 0,1 g/l até 50,0 g/l.
[00432] Cerejeira, bordo vermelho e álamo amarelo foram analisados quanto à composição de açúcar após pré- tratamento. A análise composicional de açúcares monoméricos teóricos foi determinada por meio de hidrólise enzimática com uma quantidade excessiva de coquetel de enzima celulase para hidrolisar todos os açúcares possíveis presentes nas frações de celulose e hemicelulose. A análise de açúcares foi realizada em um sistema de HPLC Shimadzu com um detector RID-10A e uma coluna BIORAD Aminex HPX-87H (300 x 7,8 mm). A fase móvel foi 0,01 N H2SO4 e a HPLC teve uma calibração de 8 pontos de 0,1 g/l até 50,0 g/l. Tabela 4. Análise composicional de matérias-primas brutas.
Figure img0004
[00433] A Tabela 5 resume as conversões de açúcar do pré- tratamento e subsequente hidrólise enzimática como descrito infra. As eficiências de conversão foram calculadas como uma percentagem da análise composicional de açúcares monoméricos, tomadas como um rendimento máximo teórico de açúcar. Hidrólise enzimática
[00434] O teor de umidade da biomassa pré-tratada lama foi determinado usando um analisador-equilíbrio de umidade. Água foi adicionada para produzir uma lama de 15% de sólidos totais e a lama foi misturada até a homogeneidade. O pH da lama foi ajustado até 5,2 usando 10 M de NaOH e depois alíquotas de 100 g de lama foram transferidas para frascos agitados de 250 ml individuais. Enzima celulase disponível comercialmente foi adicionada a 8 kg de proteína por tonelada métrica de sólidos secos em cada frasco agitados de 250 ml. A hidrólise foi realizada em uma agitadora-incubadora de Kuhner (Climo-Shaker ISF4-X) a 50°C e 200 rpm pela duração de 72 horas.
[00435] Foram coletadas amostras em vários pontos no tempo por toda a hidrólise e após 72 horas, e as eficiências de conversão foram calculadas. Amostras de hidrolisado foram coletadas para análise e centrifugadas. O sobrenadante foi analisado quanto aos açúcares monoméricos, e ácidos orgânicos e inibidores por meio de HPLC como supra descrito. Tabela 5. Recuperação de açúcar do pré-tratamento e hidrólise enzimática, calculada como uma percentagem da análise composicional de açúcares monoméricos.
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Exemplo 4.
[00436] Além dos tratamentos descritos supra, vários outros tipos de matérias-primas foram processados por meio do aparelho definido nesse relatório descritivo. Por exemplo, aparas de papel de uma instalação de gerenciamento de resíduos foram trituradas em um Fitzmill para passar através de uma peneira de 2,36 mm e misturadas até 1,25% do peso em água antes de serem processadas. Outras matérias- primas incluíam fibra de milho a 25% de sólidos, bagaço (16 rodadas), madeiras moles (33 rodadas), palha de arroz (12 rodadas), palha de trigo (8 rodadas), palhas mistas, palha de cevada (8 rodadas) e cascas de aveia (10 rodadas).
[00437] Embora modalidades preferidas da presente invenção tenham sido mostradas e descritas nesse relatório descritivo, será óbvio para aqueles versados na técnica que essas modalidades são fornecidas apenas como exemplo. Diversas variações, alterações e substituições ocorrerão àqueles versados na técnica, sem se afastar da invenção. Deve ser subentendido que várias alternativas às modalidades da invenção descritas nesse relatório descritivo podem ser empregadas na prática da invenção. Deseja-se que as reivindicações seguintes definam o escopo da invenção e que os métodos e estruturas dentro do escopo dessas reivindicações e seus equivalentes sejam por ele cobertos.

Claims (14)

1. Sistema para pré-tratamento em escala industrial de uma tonelada métrica seca ou mais do que uma tonelada métrica seca de biomassa por dia, caracterizado por compreender: (a) um barril (31) definindo uma câmara interna (30) e compreendendo um acesso de entrada perto de uma primeira extremidade (11) do barril e um flange de fixação terminal (14) em uma segunda extremidade do barril; (b) um ou mais parafusos giratórios dentro da câmara interna do barril, em que o um ou mais parafusos giratórios são configurados para mover a biomassa através da câmara interna do barril e contendo uma ou mais seções configuradas para formar um ou mais plugues da biomassa para separar a câmara interna do barril em duas ou mais zonas, incluindo uma zona alimentadora e uma zona de reação (R1); (c) uma válvula de descarga (17) atuada por pressão conectada ao flange de fixação terminal em uma segunda extremidade do barril; (d) um atuador (72) conectado à válvula de descarga atuada por pressão; e (e) uma unidade de controle de pressão retrógrada (73) acoplada operacionalmente ao atuador e um medidor de pressão (81, 85) que monitora a pressão no barril, em que a unidade de controle de pressão retrógrada, o atuador, e a válvula de descarga atuada por pressão são configurados de forma que a válvula de descarga atuada por pressão abre e fecha em resposta à pressão dentro do barril.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um, dois ou três parafusos giratórios.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um motor (24) configurado para girar o um ou mais parafusos giratórios, opcionalmente, em que o motor é configurado para girar os um ou mais parafusos giratórios a: 100, 250, 400, 500, 750, 1.000, 1.100, 1.250, 1.500 ou 2.000 rpm.
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o sistema é capaz de processar biomassa em uma taxa de 200 toneladas métrica seca/dia ou superior.
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda uma canaleta (20) conectada ao acesso de entrada para alimentar a biomassa na zona alimentadora; e opcionalmente, em que a canaleta compreende ainda um alimentador configurado para mover a biomassa da canaleta através do acesso de entrada, e opcionalmente, para distribuir a biomassa igualmente na zona alimentadora.
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o barril compreende ainda: um ou mais acessos vedáveis (32, 33, 36) configurados para adicionar vapor à zona de reação, para adicionar líquido à biomassa na zona alimentadora, ou ambos; um ou mais acessos vedáveis (34, 35) configurados para adicionar um ou mais agentes químicos à zona de reação, e opcionalmente, em que o agente químico compreende um ácido, uma base, ou uma combinação dos mesmos, e opcionalmente, em que o agente químico compreende ácido sulfúrico; um ou mais acessos compreendendo um medidor de temperatura (83, 87), um medidor de pressão (81, 85), ou uma combinação dos mesmos; ou qualquer combinação dos mesmos.
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o sistema é configurado para manter uma temperatura elevada na zona de reação de: 50-500°C, 75-400°C, 100-350°C, 150-300°C ou 200-250°C, e opcionalmente, em que a temperatura elevada é fornecida por vapor, uma jaqueta de aquecimento, ou uma combinação dos mesmos.
8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o sistema é configurado para manter uma pressão elevada na zona de reação de: 344,73-6.894,75 kPa, 689,47-5.171,06 kPa, 1.378,95-4.136,85 kPa, 2.068,42-3.447,37 kPa ou 2.413,163.102,64 kPa, e opcionalmente em que a pressão elevada é mantida por adição de vapor, adição de líquido, adição de biomassa, ou uma combinação destes.
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a válvula de descarga atuada por pressão compreende uma válvula de assento, uma válvula de bola, uma válvula de retenção ou uma válvula giratória de guilhotina.
10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o atuador é um atuador pneumático, um atuador hidráulico, um atuador eletromecânico, ou uma combinação destes.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de pressão é configurado para monitorar pressão no barril por meio de um ou mais acessos vedáveis no barril.
12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o medidor de pressão é configurado para monitorar a pressão dentro da zona de reação.
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o sistema é configurado para produzir as partículas sólidas em uma faixa de tamanho de: 1-500 μm, 1-250 μm, 1-200 μm ou 1150 μm, e opcionalmente em um tamanho médio de 15-25 μm.
14. Método, compreendendo utilizar o sistema como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é para produzir a fração líquida compreendendo monossacarídeos C5 em um rendimento de 70% ou um rendimento superior a 70% comparado com o máximo teórico com base na biomassa, monossacarídeos C6 em um rendimento menor do que 35% comparado com o máximo teórico com base na biomassa, ou ambos.
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